RU2317522C2 - Programmable contact-free angular movement indicator with linear angular range within limits of 360° - Google Patents

Programmable contact-free angular movement indicator with linear angular range within limits of 360° Download PDF

Info

Publication number
RU2317522C2
RU2317522C2 RU2006102598/28A RU2006102598A RU2317522C2 RU 2317522 C2 RU2317522 C2 RU 2317522C2 RU 2006102598/28 A RU2006102598/28 A RU 2006102598/28A RU 2006102598 A RU2006102598 A RU 2006102598A RU 2317522 C2 RU2317522 C2 RU 2317522C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sensor
magnet
rotor
angular
analog
Prior art date
Application number
RU2006102598/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2006102598A (en
Inventor
Светлана Станиславовна Сысоева
Иван Сафонович Захаров
Сергей Федорович Яцун
Original Assignee
Курский государственный технический университет КурскГТУ
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Курский государственный технический университет КурскГТУ filed Critical Курский государственный технический университет КурскГТУ
Priority to RU2006102598/28A priority Critical patent/RU2317522C2/en
Publication of RU2006102598A publication Critical patent/RU2006102598A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2317522C2 publication Critical patent/RU2317522C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Abstract

FIELD: tool-making industry, possible use in electronic automobile control systems to determine opening angle of butterfly throttle, degree of pressing of accelerator pedal, position of processed gases recirculation valve, etc.
SUBSTANCE: sensor stator represents an integration chip, programmable in EEPROM memory by two or several calibration points, aforementioned chip belonging to two-axial angular encoder, which contains integrated cross-like array of planar Hall elements with analog output or PWM-interface, fitted with integrated magneto-concentrating disk (disks). Rotor magnet in process of assembly on basis of balancing results is rigidly installed in rotor unit, which contains mounting bushing made of material which does not conduct magnetic field. Programming of format, points of calibration, displacement, rotation direction, sensitivity (amplification) of analog or PWM transfer characteristic are performed after device is assembled.
EFFECT: simplicity, manufacturability, reliability, high precision in full range of angles φ=0-360°, adaptation for concrete working conditions.
5 cl, 19 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к автомобильному электронному приборостроению и может быть непосредственно использовано в электронных системах управления автомобилем для определения угла открытия дроссельной заслонки, степени нажатия педали акселератора, положения клапана рециркуляции отработавших [азов, в других автомобильных системах, требующих получения аналогового или ШИМ-сигнала об абсолютном угловом положении вращающегося объекта (вала), а также для бесконтактного детектирования абсолютного углового положения большого числа вращающихся объектов во многих других отраслях легкой и тяжелой промышленности.The invention relates to automotive electronic instrumentation and can be directly used in electronic vehicle control systems to determine the opening angle of the throttle, the degree of depressing the accelerator pedal, the position of the exhaust gas recirculation valve [basics, in other automotive systems requiring an analog or PWM signal of absolute angular the position of a rotating object (shaft), as well as for non-contact detection of the absolute angular position of a large number of rotating their facilities in many other sectors of light and heavy industry.

Аналогом заявляемого датчика является датчик положения педали акселератора (United States Patent 4915075 от 10 апреля 1990 года).An analogue of the claimed sensor is an accelerator pedal position sensor (United States Patent 4915075 dated April 10, 1990).

Устройство включает установленные в педаль потенциометр и плату со схемой формирования ШИМ-сигнала с выходным рабочим циклом, пропорциональным положению педали.The device includes a potentiometer installed in the pedal and a board with a PWM signal generating circuit with an output duty cycle proportional to the position of the pedal.

К недостаткам данного устройства относятся подверженность износу, характерная для потенциометров, малый срок службы, невысокая надежность, чувствительность к вибрации и пыли.The disadvantages of this device include the susceptibility to wear, characteristic of potentiometers, a short service life, low reliability, sensitivity to vibration and dust.

Аналогом заявляемого устройства является датчик углового положения с устройством Холла и постоянным магнитом заданной формы (United States Patent 5159268 от 27 октября 1992 года.).An analogue of the claimed device is an angular position sensor with a Hall device and a permanent magnet of a given shape (United States Patent 5159268 dated October 27, 1992.).

В описании устройства указываются два предпочтительных варианта формы магнита - продолговатой и колоколообразной формы, позволяющие добиться высокой линейности при его вращении.In the description of the device, two preferred variants of the shape of the magnet are indicated - oblong and bell-shaped, allowing to achieve high linearity during its rotation.

Недостатком данного устройства является сложность магнитной системы. необходимость использования магнитов специальной формы и применения расчетных математических методов.The disadvantage of this device is the complexity of the magnetic system. the need to use magnets of a special form and the application of computational mathematical methods.

Аналогом заявляемого устройства является магнитный датчик углового положения с улучшенной выходной линейностью (United States Patent 5444369 от 22 августа 1995 года).An analogue of the claimed device is a magnetic angle sensor with improved output linearity (United States Patent 5444369 of August 22, 1995).

Устройство использует массивные стационарные аксиальные магнитопроводы и вращающийся магнитопровод, к которому прикреплен один или более магнитов.The device uses massive stationary axial magnetic circuits and a rotating magnetic circuit to which one or more magnets are attached.

К недостаткам данного устройства относятся громоздкость, конструктивная сложность, необходимость применения при разработке устройства как расчетных методов, так и настройки и регулировки, отсутствие адаптированности к специальным требованиям, предъявляемым к механике автомобильных датчиков, работающих в ограниченном диапазоне угла поворота.The disadvantages of this device include cumbersomeness, structural complexity, the need to use both design methods and settings and adjustments when developing the device, lack of adaptability to the special requirements for the mechanics of automotive sensors operating in a limited range of rotation angles.

Аналогом заявляемого устройства является датчик положения педали с магнитом. движущимся относительно датчика магнитного поля, локализованного в статорном канале (United States Patent 6577119 от 10 июня 2003 года).An analogue of the claimed device is a pedal position sensor with a magnet. moving relative to a magnetic field sensor located in the stator channel (United States Patent 6577119 dated June 10, 2003).

Устройство представляет собой бесконтактный датчик положения, в котором поверхность статора включает две области магнитного материала, магнит механически связан с ножной педалью акселератора, относительное движение которой вдоль одного или двух датчиков Холла в статорном канале вызывает образование электрического сигнала, пропорционального перемещению магнита, который обрабатывается в интегрированных схемах датчиков и одной или двух внешних ASIC (Application Specific Integrated Circuit) с возможностями программирования, например, в EEPROM. линейной выходной характеристики и температурной компенсации, а также формирования сигнала для передачи по последовательному протоколу, например по шине CAN.The device is a non-contact position sensor in which the stator surface includes two areas of magnetic material, the magnet is mechanically connected to the accelerator foot pedal, the relative movement of which along one or two Hall sensors in the stator channel causes the formation of an electrical signal proportional to the movement of the magnet, which is processed in integrated sensor circuits and one or two external ASICs (Application Specific Integrated Circuit) with programming capabilities, for example, in EEPROM. linear output characteristics and temperature compensation, as well as the formation of a signal for transmission via a serial protocol, for example via CAN bus.

Недостатком данного устройства является сложность описываемой магнитной системы, необходимость применения двух датчиков Холла для повышения точности измерений, одной или двух внешних интерфейсных ASIC для реализации необходимого интерфейса.The disadvantage of this device is the complexity of the described magnetic system, the need to use two Hall sensors to improve measurement accuracy, one or two external interface ASICs to implement the required interface.

Аналогом заявляемого устройства является датчик углового положения с двумя закрепленными на роторе радиальными магнитами, создающими рабочее ноле. которое при вращении ротора измеряется внешним датчиком магнитного поля (предпочтительно, магниторезистивным AMP - датчиком, или же датчиком Холла) (United States Patent 6806702 от 19 октября 2004 года.).An analogue of the claimed device is an angular position sensor with two radial magnets fixed to the rotor, creating a working zero. which, when the rotor is rotated, is measured by an external magnetic field sensor (preferably a magnetoresistive AMP sensor, or by a Hall sensor) (United States Patent 6806702 of October 19, 2004.).

Недостатком данного устройства является громоздкость, необходимость применения двух магнитов и одной или нескольких внешних ASIC - обработчиков мостового сигнала; функциональный угловой диапазон AMP - датчика не превышает 180°.The disadvantage of this device is the bulkiness, the need to use two magnets and one or more external ASIC - bridge signal processors; the functional angular range of the AMP sensor does not exceed 180 °.

Прототипом заявляемого датчика является измерительное устройство для бесконтактного определения угла вращения (United States Patent 6534971 от 18 марта 2003 г.).The prototype of the proposed sensor is a measuring device for non-contact determination of the angle of rotation (United States Patent 6534971 dated March 18, 2003).

Данное устройство включает ротор, на котором расположен постоянный магнит, имеющий диаметральное направление намагниченности, и элемент Холла, расположенный асимметрично и описывающий эллиптическое вращательное движение постоянного магнита. При этом никакие концентраторы магнитного потока в данной конструкции не используются. Указанная магнитная система позволяет получить область выходной характеристики с крутой областью снижения и характерными плоскими областями.This device includes a rotor, on which is located a permanent magnet having a diametrical direction of magnetization, and a Hall element located asymmetrically and describing the elliptical rotational movement of the permanent magnet. However, no magnetic flux concentrators are used in this design. The indicated magnetic system makes it possible to obtain an output characteristic region with a steep lowering region and characteristic flat regions.

Недостатком данного устройства является сужение диапазона измеряемого угла вследствие недостаточной однородности выходной характеристики (в описании изобретения указывается угловая область линейности до 80°, тогда как во многих случаях для эффективной работы датчика требуется измерять углы 100...120° и более, до 360° или, для некоторых типов устройств, углы в несколько полных оборотов).The disadvantage of this device is the narrowing of the range of the measured angle due to insufficient uniformity of the output characteristic (the description of the invention indicates the angular region of linearity to 80 °, while in many cases for the effective operation of the sensor it is necessary to measure angles of 100 ... 120 ° or more, up to 360 ° or , for some types of devices, angles of several full revolutions).

Обычные линейные датчики на основе эффекта Холла, рекомендуемые для данного устройства-прототипа, имеют достаточно много недостатков: низкая чувствительность. дрейфы чувствительности, смещение и дрейфы смещения, и значительная нелинейность (до 3% в полном диапазоне, который обычно менее 90°).Conventional linear Hall effect sensors recommended for this prototype device have many disadvantages: low sensitivity. sensitivity drifts, displacement and displacement drifts, and significant non-linearity (up to 3% in the full range, which is usually less than 90 °).

В устройстве также отсутствуют специальные схемотехнические и механические средства адаптации к конкретным условиям работы.The device also lacks special circuitry and mechanical means of adaptation to specific working conditions.

Задачи изобретения - повышение точности измерений, линейности (абсолютных и относительных показателей линейности аналогового сигнала или дрейфа скважности ШИМ-сигнала), улучшение повторяемости, расширение механического углового диапазона, функционального диапазона и линейного участка измеряемого угла до любою значения в пределах 0-360°, увеличение чувствительности, развитие адаптационных признаков к конкретным условиям работы, в том числе осуществление прямого замещения аналоговых трехпроводных и двухпроводных (ШИМ) потенциометров и классических датчиков на основе эффекта Холла, повышение надежности, дальнейшее упрощение конструкции устройства и технологии его сборки и монтажа.The objectives of the invention are improving the accuracy of measurements, linearity (absolute and relative linearity of the analog signal or the PWM signal duty cycle drift), improving repeatability, expanding the mechanical angular range, the functional range and the linear portion of the measured angle to any value within 0-360 °, increasing sensitivity, the development of adaptive signs to specific working conditions, including the direct replacement of analog three-wire and two-wire (PWM) potentiometers and classical sensors based on the Hall effect, improving reliability, further simplifying the design of the device and the technology of its assembly and installation.

Поставленные задачи решаются тем, что в бесконтактном датчике углового положения, в котором ротор с магнитом осуществляет вращение в детектируемом угловом диапазоне относительно неподвижного статора - интегральной схемы (ИС) датчика магнитного поля на эффекте Холла, легкая ось намагниченности и основание диаметрально намагниченного цилиндрического магнита ротора при его вращении параллельны лицевой поверхности ИС - статора, представляющей собой программируемую в памяти EEPROM по двум или нескольким точкам калибровки ИС двухосевого углового энкодера, содержащего интегрированный крестообразный массив планарных элементов Холла, с аналоговым выходом или ШИМ-интерфейсом, формируемым по результатам оцифровки и цифровой обработки с использованием функции арктангенса сигналов интегрированного крестообразного массива планарных элементов Холла, чувствительных к градиенту компонентов рабочего магнитного поля, перпендикулярных лицевой поверхности ИС, снабженной интегрированным магнитоконцентрирующим (ИМК) диском (дисками), посредством которого выполняется преобразование параллельных компонентов поля в перпендикулярные лицевой поверхности ИС, которая запаяна способом поверхностного монтажа на печатной плате с компонентами схемы трехпроводного аналогового или двухпроводного ШИМ-датчика, магнит ротора в процессе сборки по результатам выравнивания жестко установлен в роторном узле, содержащем установочную втулку из материала, не проводящего магнитное поле, с выполненной в ней ориентирующей лыской или ориентирующим пазом для установки на вал с заданной начальной ориентацией и цилиндрическую или коническую возвратную пружину кручения и имеющем возможность поворота в корпусе на детектируемый в пределах полного механического углового диапазона устройства угол φ, ограниченный на крайних механических положениях упорами в основании корпуса и выступами установочной втулки ротора, для механической изоляции статора от движущихся механических частей и механического ограничения осевых перемещений роторного узла в датчике содержится внутренняя крышка-ограничитель, жестко фиксируемая в корпусе поверх роторного узла, датчик магнитного поля - двухосевой угловой энкодер Холла допускает выбор формата и программирование после сборки всего устройства основных параметров его аналоговой или ШИМ выходной характеристики - ограничивающих уровней выходного напряжения, точек калибровки, направления вращения, смещения и усиления (чувствительности) или программирование точек калибровки и чувствительности индивидуально для всех линейных участков выходной характеристики при многоточечной калибровке, разъем корпуса устройства содержит только функциональные выводы, используемые в дальнейшем процессе эксплуатации после программирования датчика, причем в процессе программирования устройства используются только функциональные выводы ИС.The tasks are solved in that in a non-contact angle encoder in which a rotor with a magnet rotates in a detectable angular range relative to a fixed stator - an integrated circuit (IC) of a Hall effect magnetic field sensor, a light axis of magnetization and the base of a diametrically magnetized cylindrical rotor magnet at its rotation is parallel to the front surface of the IS - stator, which is a programmable in the EEPROM memory for two or more calibration points of the IS biaxial angle encoder containing an integrated cruciform array of planar Hall elements, with an analog output or PWM interface, formed by digitizing and digital processing using the arctangent function of the signals of the integrated cruciform array of planar Hall elements, sensitive to the gradient of the working magnetic field components perpendicular to the front surface of the IC equipped with an integrated magnetoconcentrating (IMC) disk (s) through which the converted e parallel field components in perpendicular to the front surface of the IC, which is sealed by surface mounting on a printed circuit board with circuit components of a three-wire analog or two-wire PWM sensor, the rotor magnet during assembly according to the alignment results is rigidly mounted in the rotor assembly containing an installation sleeve of material not conducting a magnetic field, with an orienting flat or an orienting groove made therein for mounting on a shaft with a given initial orientation and cylindrical or horses a mechanical torsion spring and having the possibility of rotation in the housing to an angle φ detected within the full mechanical angular range of the device, limited at extreme mechanical positions by stops in the base of the housing and protrusions of the rotor mounting sleeve, for mechanical isolation of the stator from moving mechanical parts and mechanical limitation of axial displacements the rotor assembly in the sensor contains an internal limiter cap, which is rigidly fixed in the housing over the rotor assembly, the magnetic sensor for - the two-axis angular Hall encoder allows selection of the format and programming after assembling the entire device of the main parameters of its analog or PWM output characteristics - limiting output voltage levels, calibration points, rotation direction, offset and gain (sensitivity) or programming calibration points and sensitivity individually for all linear sections of the output characteristic for multi-point calibration, the connector of the device housing contains only the functional conclusions used in the further process of operation after programming the sensor, and in the process of programming the device uses only the functional conclusions of the IC.

Основание роторного диаметрально намагниченного цилиндрического постоянного магнита может быть круговым или кольцевым.The base of the rotor diametrically magnetized cylindrical permanent magnet can be circular or annular.

В частном случае для выравнивания магнит жестко устанавливается во втулке с пазами под отвертку, жестко устанавливаемой в роторном узле по результатам выравнивания магнита.In the particular case for alignment, the magnet is rigidly mounted in the sleeve with grooves for a screwdriver, rigidly installed in the rotor assembly according to the results of alignment of the magnet.

Для защиты датчика Холла от обратного напряжения, перенапряжения, короткого замыкания выхода, импульсных помех по цепи питания и выхода, если эта защита не предусмотрена в интегральной схеме (ИС) Холла, схема устройства, расположенная на плате датчика, содержит необходимые схемы защиты (стабилитрон, выпрямитель. конденсаторы фильтров).To protect the Hall sensor from reverse voltage, overvoltage, output short circuit, impulse noise in the power supply and output circuits, if this protection is not provided in the Hall integrated circuit (IC), the device circuit located on the sensor circuit board contains the necessary protection circuits (zener diode, rectifier filter capacitors).

Программируемый бесконтактный датчик углового положения с линейным диапазоном в пределах 360° показан на фиг.1-19.A programmable non-contact angle encoder with a linear range of 360 ° is shown in FIGS. 1-19.

На фиг.1-5 показана конструкция программируемого аналогового бесконтактного датчика положения дроссельной заслонки.Figure 1-5 shows the design of a programmable analog non-contact throttle position sensor.

На фиг.1-4 показано основное исполнение устройства. На фиг.1 показаны проекционные виды и общий аксонометрический вид устройства, на фиг.2 показан вид в разрезе, иллюстрирующий принцип действия датчика, на фиг.3 показаны виды устройства с ограничителем осевых перемещений без верхней крышки, на фиг.4 показан вид устройства с механическими ограничителями диапазона измеряемого угла до 360°.Figure 1-4 shows the main embodiment of the device. Figure 1 shows the projection views and a general axonometric view of the device, figure 2 shows a sectional view illustrating the principle of operation of the sensor, figure 3 shows views of a device with an axial limiter without a top cover, figure 4 shows a view of the device with mechanical limiters of the range of the measured angle to 360 °.

На фиг.5 показан вариант конструкции устройства для серийного производства без втулки, идентифицирующей положение полюсов магнита, полюса которого визуально различимы.Figure 5 shows a design variant of a device for mass production without a sleeve that identifies the position of the poles of a magnet, the poles of which are visually distinguishable.

На фиг.6 приведен пример схемы электрической принципиальной заявляемого устройства с программируемой в EEPROM ИС двухосевого углового магнитного энкодера MLX90316 Melexis, на фиг.7 приведена функциональная схема ИС MLX90316.Figure 6 shows an example of a circuit diagram of the inventive device with programmable in the EEPROM IC biaxial angular magnetic encoder MLX90316 Melexis, figure 7 shows the functional diagram of the IC MLX90316.

На фиг.8 показаны основные элементы магнитной системы и проиллюстрирован принцип действия заявляемого устройства.On Fig shows the main elements of the magnetic system and illustrates the principle of operation of the claimed device.

На фиг.9а-г подробно проиллюстрирован рабочий принцип датчика с массивом элементов Холла и ИМК, реализованный в технологии «Triaxis» Melexis:On figa-g illustrates in detail the working principle of the sensor with an array of Hall elements and IMC, implemented in the technology "Triaxis" Melexis:

на фиг.9а показано преобразование компонентов В|| параллельного рабочего магнитного поля в перпендикулярные B посредством ИМК-диска для считывания ноля пленарными элементами Холла;on figa shows the conversion of components In || parallel working magnetic field into perpendicular B by means of IMC-disk for reading zero by plenary Hall elements;

на фиг.9б показаны: расположение диска ИМК и массива элементов Холла на подложке в ИС и преобразование параллельных компонентов магнитного поля ВX и ВY в направлении измерительных осей Х и Y;on figb shows: the location of the IMC disk and the array of Hall elements on the substrate in the IC and the conversion of the parallel magnetic field components B X and B Y in the direction of the measuring axes X and Y;

на фиг.9в показан принцип получения синусоидальных и косинусоидальных сигналов с массива элементов Холла для детектирования угла φ;on figv shows the principle of obtaining sinusoidal and cosine signals from an array of Hall elements for detecting the angle φ;

на фиг.9г показаны сформированные на первичном этапе сигналообразования в ИС MLX90316 синусно-косинусные сигналы напряжения.on Figg shows the sine-cosine voltage signals generated at the primary stage of signal formation in the IP MLX90316.

На фиг.10 дана иллюстрация рабочего принципа 12 - битного аналогового двухосевого магнитного углового энкодера (разрешение ЦАП аналогового выхода MLX90316-12 бит), на фиг.11 проиллюстрирован принцип вычисления угла MLX90316 в корпусе SOIC-8 и показаны примеры аналоговых выходных характеристик ИС, на фиг.12 показан выходной ШИМ - интерфейс MLX90316, на фиг.13 показаны примеры аналоговых выходных режимов заявляемого устройства, конструкция которого соответствует показанной на фиг.1-5, в ограниченном диапазоне угла φ.Figure 10 illustrates the working principle of a 12-bit analog biaxial magnetic angle encoder (resolution of the DAC of the analog output is MLX90316-12 bit), figure 11 illustrates the principle of calculating the angle MLX90316 in the SOIC-8 package and shows examples of analog output characteristics of the IC, on Fig.12 shows the output PWM interface MLX90316, Fig.13 shows examples of analog output modes of the inventive device, the design of which corresponds to that shown in Fig.1-5, in a limited range of angle φ.

На фиг.14-17 показаны: первичный этап формирования передаточной характеристики (фиг.14) и типичные программируемые выходные характеристики классического датчика Холла (фиг.15-17).On Fig-17 shows: the primary stage of formation of the transfer characteristics (Fig) and typical programmable output characteristics of the classic Hall sensor (Fig-17).

На фиг.18 показано сравнение аналоговых выходных режимов устройства с типичной характеристикой классического датчика Холла и типичными примерами характеристик ИС энкодеров (на примере однократно программируемой в памяти OTPROM ИС энкодера AS5043 Austriamicrosystems), на фиг.19 показано сравнение способов программирования аналоговых характеристик MLX90316 и AS5043:On Fig shows a comparison of the analog output modes of the device with a typical characteristic of the classic Hall sensor and typical examples of the characteristics of the encoder IC (for example, AS5043 Austriamicrosystems encoder IC once programmed in the OTPROM memory), Fig. 19 shows a comparison of the programming methods of the analog characteristics of the MLX90316 and AS5043:

на фиг.19а показано программирование нулевого положения (смещения) выходной характеристики AS5043;on figa shows the programming of the zero position (offset) of the output characteristics of AS5043;

на фиг.19б показана многоточечная калибровка выходной характеристики MLX90316.on figb shows a multi-point calibration of the output characteristics of the MLX90316.

В таблице приведены основные технические характеристики MLX90316.The table shows the main technical specifications of the MLX90316.

Датчик положения дроссельной заслонки, конструкция которого показана на фиг.1-5. реализует рабочий режим устройства с вращением дипольного магнита в ограниченном угловом диапазоне механического угла φmax=120°. ИС датчика сканирует двумерное распределение магнитного поля с образованием аналогового сигнала (для совместимости с большинством существующих обрабатывающих блоков). Программно заданный эффективный электрический угол φeff и линейный участок φlin при этом составляет также 120° (может быть задан любой угол в диапазоне 0-360°), как показано на фиг.11 и 13.The throttle position sensor, the design of which is shown in Fig.1-5. implements the operating mode of the device with the rotation of the dipole magnet in a limited angular range of the mechanical angle φ max = 120 °. The sensor IC scans the two-dimensional distribution of the magnetic field to form an analog signal (for compatibility with most existing processing units). The programmed effective electric angle φ eff and the linear portion φ lin are also 120 ° (any angle in the range 0-360 ° can be set), as shown in Figs. 11 and 13.

Датчик положения дроссельной заслонки, показанный на фиг.1-5, состоит из: неподвижного корпуса 1, роторного узла 2, представляющего собой единую сборочную единицу или модуль ротора, включающего пружину кручения 10 и вращающуюся установочную втулку 9 с диаметрально намагниченным цилиндрическим постоянным магнитом 3, жестко установленным в роторный узел 2 и, как показано на фиг.1-4, запрессованным в пластмассовую регулировочную втулку - корпус 4, крышки 5 - ограничителя хода (осевых биений) роторного узла 2, закрепляемой на винтах 12, печатной платы 6, интегрального датчика - ИС Холла 7, контактов разъема 8. пружины кручения 10 в составе роторного узла 2, крышки датчика 11.The throttle position sensor shown in FIGS. 1-5 consists of: a fixed housing 1, a rotor assembly 2, which is a single assembly unit or rotor module including a torsion spring 10 and a rotating installation sleeve 9 with a diametrically magnetized cylindrical permanent magnet 3, rigidly installed in the rotor assembly 2 and, as shown in FIGS. 1-4, pressed into the plastic adjustment sleeve — the housing 4, covers 5 —the travel stop (axial beats) of the rotor assembly 2, mounted on the screws 12, of the printed circuit board 6, the integral sensor - IS Hall 7, the contacts of the connector 8. torsion springs 10 as part of the rotor assembly 2, the cover of the sensor 11.

Основные элементы статора датчика включают корпус 1 и интегральный компонент датчика - ИС 7 (а также все остальные элементы, не входящие в состав ротора, относятся к статору), ротор (подвижная часть датчика) представляет собой роторный узел 2, выполняемый на основе деталей, жестко связанных между собой, - сборочный модуль, который состоит из установочной втулки 9, диаметрально намагниченного постоянного магнита 3, запрессованного во втулку 4, и пружины кручения 10.The main elements of the stator of the sensor include the housing 1 and the integral component of the sensor - IS 7 (as well as all other elements that are not part of the rotor, belong to the stator), the rotor (the moving part of the sensor) is a rotor assembly 2, made on the basis of parts, rigidly interconnected, an assembly module, which consists of a mounting sleeve 9, a diametrically magnetized permanent magnet 3, pressed into the sleeve 4, and a torsion spring 10.

Втулка 4 в конструкции роторного узла 2 может не использоваться, как показано на фиг.5.The sleeve 4 in the design of the rotor assembly 2 may not be used, as shown in Fig.5.

В конструкции датчика положения дроссельной заслонки (фиг.1-5) роторный узел 2 механически связан с вращающимся валом детектируемого объекта (цели) и имеет возможность поворота на ограниченный угол φ, определенный поворотом вала объекта, в основании корпуса 1. С обратной стороны установочной втулки 9 в составе роторного узла 2 имеются ориентирующие пазы (или лыска) для установки устройства на вал с заданной начальной ориентацией. Корпус 1 жестко крепится двумя винтами к неподвижной части объекта.In the design of the throttle position sensor (FIGS. 1-5), the rotor assembly 2 is mechanically connected to the rotating shaft of the detected object (target) and has the ability to be rotated by a limited angle φ, determined by the rotation of the object shaft, in the base of the housing 1. From the back of the installation sleeve 9, the rotor assembly 2 has orienting grooves (or flats) for mounting the device on a shaft with a given initial orientation. The housing 1 is rigidly fixed with two screws to the fixed part of the object.

Устройство имеет возможность обеспечивать основное вращение ротора относительно статора по часовой стрелке и возвратное движение против часовой стрелки. Цилиндрическая или коническая возвратная пружина кручения 10 служит для осуществления возвратного движения ротора и противодействия вращательному движению вала управляющего привода.The device has the ability to provide the main rotation of the rotor relative to the stator clockwise and reverse movement counterclockwise. A cylindrical or conical torsion return spring 10 serves to effect the return movement of the rotor and counteract the rotational movement of the shaft of the control drive.

Корпус 1 выполняется в сборке с контактами разъема 8 (по технологии обливки или запрессовки). Интегральный датчик Холла - двухосевой магнитный угловой энкодер 7 устанавливается на плате 6 и запаивается. Плата 6 устанавливается в корпусе 1 поверх упорных штырей днища корпуса 1, верхняя часть которых оплавляется. Предпочтительное механическое расположение датчика 7 на плате 6 в корпусе 1 выбирается конструктивно. Контакты 8 запаиваются на плате 6.The housing 1 is made in the assembly with the contacts of the connector 8 (according to the technology of pouring or pressing). Integral Hall Sensor - a two-axis magnetic angle encoder 7 is mounted on the board 6 and sealed. Board 6 is installed in the housing 1 over the thrust pins of the bottom of the housing 1, the upper part of which is fused. The preferred mechanical arrangement of the sensor 7 on the board 6 in the housing 1 is selected constructively. Contacts 8 are soldered on the board 6.

Для механического ограничения осевых перемещений роторного узла 2 в корпусе 1 вводится крышка-ограничитель 5, фиксируемая в корпусе 1 поверх роторного узла 2 винтами 12. Максимальный угол φ, на который поворачивается вал объекта, механически ограничивается упорами 13 в основании корпуса и выступами 14 установочной втулки 9 роторного узла 2 (фиг.4).To mechanically limit the axial movements of the rotor assembly 2 in the housing 1, a restrictor cover 5 is inserted, which is fixed in the housing 1 over the rotor assembly 2 by screws 12. The maximum angle φ, by which the object shaft rotates, is mechanically limited by the stops 13 at the base of the housing and the protrusions 14 of the installation sleeve 9 rotor assembly 2 (figure 4).

Постоянный магнит 3 жестко устанавливается (запрессовывается и вклеивается) в роторном узле 2 по результатам его выравнивания, которое необходимо для получения идентичных технических характеристик партии изделий.The permanent magnet 3 is rigidly installed (pressed and glued) in the rotor assembly 2 according to the results of its alignment, which is necessary to obtain identical technical characteristics of the batch of products.

Нулевому магнитному вектору с нулевым значением магнитной индукции поля (или легкой оси намагниченности) может соответствовать любое механическое положение магнита 3 относительно корпуса 1, но при этом поворот нулевого вектора (или легкой оси намагниченности) магнита 3 при программировании передаточной характеристики должен быть согласован с измерительным принципом данной ИС, как показано на фиг.11 для аналоговых характеристик MLX90316.Any mechanical position of the magnet 3 relative to the housing 1 can correspond to a zero magnetic vector with a zero value of magnetic field induction (or the easy axis of magnetization), but the rotation of the zero vector (or easy axis of magnetization) of magnet 3 when programming the transfer characteristic must be consistent with the measuring principle this IC, as shown in figure 11 for the analog characteristics of the MLX90316.

При программировании задаются ограничивающие уровни напряжения UClampLo, UClampHigh, смещение U0q (напряжение при нулевой индукции поля), направление наклона (направление вращения магнита) и другие параметры выходной характеристики.When programming, the limiting voltage levels U ClampLo , U ClampHigh , offset U 0q (voltage at zero field induction), tilt direction (magnet rotation direction) and other parameters of the output characteristic are set.

Для заявляемого устройства, принципиальная электрическая схема которого показана на фиг.6, ИС MLX90316 является первым коммерчески доступным продуктом. Измерительный принцип MLX90316 в корпусе SOIC-8 показан на фиг.8-11. При данном взаиморасположении магнитных полюсов магнита 3 и ИС 7 в конструкции, показанной на фиг.1-5, нулевому углу поворота магнита 3 относительно ИС 7 соответствует нулевое значение магнитной индукции поля.For the inventive device, the circuit diagram of which is shown in Fig.6, IC MLX90316 is the first commercially available product. The measuring principle of the MLX90316 in the SOIC-8 package is shown in FIGS. 8-11. With this relative position of the magnetic poles of the magnet 3 and the IS 7 in the design shown in figures 1-5, the zero angle of rotation of the magnet 3 relative to the IS 7 corresponds to a zero value of the magnetic induction of the field.

С учетом этого взаиморасположения в конструкции датчика нулевой магнитный вектор, индицируемый пазом 15 втулки 4 (см. фиг.3 и 4), может совпадать или отличаться от нулевого вектора отсчета угла φ в корпусе 1 на постоянное угловое значение, которое в случае несовпадения целесообразно принимать равным φmax/2 (см. фиг.11 и 13). Вращение магнита 3 в данном примере конструкции фактически будет осуществляться против часовой стрелки относительно лицевой поверхности ИС, что задается программно.Given this mutual arrangement in the design of the sensor, the zero magnetic vector indicated by the groove 15 of the sleeve 4 (see Figs. 3 and 4) may coincide or differ from the zero reference vector of the angle φ in the housing 1 by a constant angular value, which in case of mismatch, it is advisable to take equal to φ max / 2 (see Fig. 11 and 13). The rotation of magnet 3 in this example design will actually be carried out counterclockwise relative to the front surface of the IC, which is set programmatically.

Поскольку в серийном производстве желательно получение идентичных характеристик заявляемого устройства, с этой целью установку магнита 3 целесообразно производить по результатам его выравнивания в роторном узле 2, которое следует выполнять идентично для партии выпускаемых изделий.Since in serial production it is desirable to obtain identical characteristics of the claimed device, for this purpose it is advisable to install magnet 3 according to the results of its alignment in the rotor assembly 2, which should be identical for a batch of manufactured products.

Для установки магнита 3 может быть использована втулка 4, которая снабжается пазом 15 под отвертку для возможности предварительной ориентации нулевой плоскости симметрии или легкой оси намагниченности магнита 3 (фиг.3 и 4) перед его жесткой установкой (по результатам измерений магнитного поля, например, тесламетром, гауссметром, калиброванной линейной ИС Холла, или с применением специальных аппаратно - программных средств).To install the magnet 3 can be used sleeve 4, which is provided with a groove 15 for a screwdriver for the possibility of preliminary orientation of the zero plane of symmetry or the easy axis of magnetization of magnet 3 (figures 3 and 4) before its rigid installation (according to the results of measurements of the magnetic field, for example, teslameter , a gaussmeter, calibrated linear Hall IS, or using special hardware and software).

Кроме того, за счет применения втулки 4 обеспечивается:In addition, through the use of the sleeve 4 provides:

1) возможность выравнивания нулевого положения магнита 3 в процессе сборки;1) the ability to align the zero position of the magnet 3 during the assembly process;

2) увеличение рабочей зоны выравнивания - начальных угловых допусков с малым магнитом 3 (позволяет увеличивать паз под отвертку в крышке-ограничителе 5);2) an increase in the working area of alignment - the initial angular tolerances with a small magnet 3 (allows you to increase the groove for the screwdriver in the cover-stop 5);

3) допускается использование малых рабочих зазоров между магнитом 3 и ИС7.3) the use of small working gaps between the magnet 3 and IS7 is allowed.

Вместо ориентирующего паза 15 втулки 4 нулевая плоскость симметрии магнита 3 может быть также обозначена канавкой на поверхности магнита 3 или намечена краской. Для визуального различения полюсов магнит 3 также может быть покрыт краской двух цветов.Instead of the alignment groove 15 of the sleeve 4, the zero plane of symmetry of the magnet 3 can also be indicated by a groove on the surface of the magnet 3 or marked with paint. To visually distinguish between the poles, the magnet 3 can also be coated with two colors of paint.

В серийном производстве, а также в том случае, когда применение втулки 4 уменьшает необходимый рабочий воздушный зазор, вариант с краской двух цветов предпочтителен.In mass production, as well as in the case where the use of the sleeve 4 reduces the required working air gap, the option with two-color paint is preferred.

Магнит 3 может совмещаться с установочной втулкой 9 роторного узла 2 (фиг.5). ограничитель хода 5 в этих случаях снабжается ориентирующим пазом для корректировки положения магнита 3 в процессе сборки.The magnet 3 can be combined with the installation sleeve 9 of the rotor assembly 2 (figure 5). stroke limiter 5 in these cases is provided with an orienting groove for adjusting the position of magnet 3 during assembly.

Ограничитель хода 5 может быть также выполнен без паза, если установка (запрессовка) магнита 3 выполнена с необходимой точностью на предварительном этапе сборки. (Предварительная нежесткая установка магнита 3 может быть выполнена и во внутренней втулке ограничителя хода 5. Данная сборка тогда подклеивается со стороны магнита в роторном узле 2 и ограничитель хода 5 прикручивается винтами 12).The stroke limiter 5 can also be made without a groove if the installation (pressing) of the magnet 3 is made with the necessary accuracy at the preliminary stage of assembly. (A preliminary non-rigid installation of magnet 3 can also be performed in the inner sleeve of the travel stop 5. This assembly is then glued on the side of the magnet in the rotor assembly 2 and the travel stop 5 is screwed on with screws 12).

В заявляемом устройстве могут быть использованы любые из вышеперечисленных комбинации вариантов установки магнита. Во всех случаях выравнивание магнита 3 относительно ИС датчика 7 обеспечивается в процессе сборки заявляемого устройства. хотя и на разных этапах, по результатам выравнивания магнит 3 жестко устанавливается (заклеивается) в роторном узле 2 (также и в случае применения втулки - корпуса 4),In the inventive device can be used any of the above combinations of options for installing a magnet. In all cases, the alignment of the magnet 3 relative to the sensor IC 7 is provided during the assembly of the inventive device. although at different stages, according to the alignment results, the magnet 3 is rigidly installed (sealed) in the rotor assembly 2 (also in the case of the use of the sleeve - housing 4),

3 - контактный выходной разъем датчика углового положения с MLX90316. принципиальная электрическая схема которого показана на фиг.6, предназначен для формирования аналогового канала передачи данных, показанных на фиг.11, 13. Альтернативным вариантом является двухпроводной ШИМ-интерфейс, показанный на фиг.12.3 - pin output connector for angle encoder with MLX90316. the electrical circuit diagram of which is shown in FIG. 6, is intended to form the analog data transmission channel shown in FIGS. 11, 13. An alternative is the two-wire PWM interface shown in FIG. 12.

В процессе программирования MLX90316 используются только функциональные выводы ИС 3 и контакты разъема 8. Никаких специальных проводных выводов, технологических перемычек и (или) разъемов для программирования устройства не требуется.In the process of programming the MLX90316, only the functional outputs of the IS 3 and the contacts of the connector 8 are used. No special wire leads, process jumpers and / or connectors are required for programming the device.

Программируемый магнитный угловой энкодер MLX90316, рекомендуемый для магнитной системы заявляемого датчика, функционирующего на основе рабочего принципа, показанного на фиг.8-11, - новейший и наиболее предпочтительный компонент элементной базы существующих на момент подачи данной заявки двухосевых магнитных угловых энкодеров, поддерживающих аналоговый или ШИМ-интерфейс.The programmable magnetic angle encoder MLX90316, recommended for the magnetic system of the inventive sensor, operating on the basis of the working principle shown in Figs. 8-11, is the latest and most preferred component of the element base existing at the time of filing of this application, two-axis magnetic angle encoders supporting analog or PWM -interface.

MLX90316 - это гибридная ИС абсолютного магнитного углового энкодера в диапазоне 0...360° на базе технологии «Triaxis™» Melexis, сенсорная часть которого состоит из одного интегрированного магнитоконцентрирующего (ИМК) диска 16 диаметром D на КМОП - подложке 18 ИС 7 в корпусе SOIC-8 (или расположенных на двойной подложке двух ИМК в корпусе TSSOP16), и интегрированного крестообразного массива (массивов) взаимно ортогональных планарных элементов Холла 17, размещенных под ИМК 16, попарно чувствительных к направлениям Х и Y, соответственно, в плоскости, параллельной лицевой поверхности ИС 7 (фиг.9).MLX90316 is a hybrid absolute magnetic rotary encoder IC in the range 0 ... 360 ° based on the Melexis Triaxis ™ technology, the sensor part of which consists of one integrated magnetically concentrating (IMC) disc 16 with a diameter D on a CMOS substrate 18 IS 7 in the housing SOIC-8 (or located on a double substrate of two IMC in the TSSOP16 case), and an integrated cruciform array (arrays) of mutually orthogonal planar Hall elements 17, located under the IMC 16, pairwise sensitive to the X and Y directions, respectively, in a plane parallel to Eve IC surface 7 (Figure 9).

Применение ИМК обеспечивает преобразование компонентов В|| магнитного поля, параллельных поверхности ИС, в перпендикулярные B (фиг.9а-в). За счет данного преобразования достигается физическая чувствительность датчика именно к компонентам ВX и BY магнитного поля, параллельным поверхности ИС 7, которые при повороте магнитного вектора дипольного магнита 3 в описываемой магнитной системе без ИМК доминируют над перпендикулярными. MLX90316 с ИМК 16 и массивом планарных элементов Холла 17 производит электрическое отображение преобразованного ИМК 16 рабочего магнитного поля B, перпендикулярного поверхности ИС 7, к которому чувствительны элементы Холла ИС 17.The use of IMC provides the conversion of components In || magnetic field parallel to the surface of the IP, perpendicular to B (figa-b). Due to this conversion, the physical sensitivity of the sensor is achieved specifically to the magnetic field components B X and B Y parallel to the surface of the IS 7, which, when the magnetic vector of dipole magnet 3 is rotated in the described magnetic system without IMI, dominates perpendicular. MLX90316 with IMC 16 and an array of planar Hall elements 17 produces an electric display of the converted IMC 16 of the working magnetic field B пер perpendicular to the surface of the IC 7, to which the Hall elements of the IC 17 are sensitive.

Таким образом, повышение чувствительности датчика за счет эффектов концентрации компонентов магнитного поля именно в направлении измерительных осей датчика одновременно означает значительное увеличение чувствительности датчика к компонентам поля в вертикальной оси Z и увеличение сенсорного расстояния d (фиг.10).Thus, increasing the sensitivity of the sensor due to the effects of the concentration of the components of the magnetic field precisely in the direction of the measuring axes of the sensor simultaneously means a significant increase in the sensitivity of the sensor to the field components in the vertical axis Z and an increase in the touch distance d (Fig. 10).

Функциональная схема MLX90316 показана на фиг.7, технические характеристики отражены в таблице.Functional diagram of the MLX90316 is shown in Fig.7, the technical characteristics are shown in the table.

Кроме собственно сенсорной части этапы обработки сигнала в ИС включают: мультиплексирование (MUX), усиление, АЦП, ЦОС с микроконтроллером. RAM, ROM и EEPROM. Затем полученное цифровое значение угла переводится в аналоговый или ШИМ-сигнал.In addition to the sensor part itself, the stages of signal processing in the IC include: multiplexing (MUX), amplification, ADC, DSP with a microcontroller. RAM, ROM and EEPROM. Then the obtained digital angle value is converted into an analog or PWM signal.

Первая ступень схемы предназначена для кодировки сигналов механического угла в два дифференциальных сигнала с фазовой разницей 90° - синусный и косинусный (фиг.9г). Синусно-косинусные сигналы UX и UY, пропорциональные величине магнитного потока, обрабатываются в дифференциальной аналоговой цепи с применением классических техник отмены сдвигов («spinning» и «chopper» - стабилизированный усилитель, которые позволяют достигать значений смещения порядка нескольких мкТл), а затем оцифровываются АЦП с разрешением, конфигурируемым в 14 или 15 бит, и передаются в блок ЦОС.The first stage of the circuit is designed to encode mechanical angle signals into two differential signals with a phase difference of 90 ° - sine and cosine (Fig.9g). The sine-cosine signals U X and U Y , proportional to the magnitude of the magnetic flux, are processed in a differential analog circuit using classical techniques for canceling shifts (“spinning” and “chopper” - a stabilized amplifier that allows you to achieve bias values of the order of several μT), and then ADCs are digitized with a resolution configurable in 14 or 15 bits, and transmitted to the DSP block.

Основным элементом блока ЦОС является 16-битный ШЗС-микроконтроллер. использующий цифровое представление сигналов для вычисления угла посредством табличной функции арктангенса, применяемой к соотношению сигналов UY/UX:The main element of the DSP block is a 16-bit SHZ microcontroller. using the digital representation of the signals to calculate the angle by means of the table function of the arc tangent applied to the signal ratio U Y / U X :

Figure 00000002
Figure 00000002

АЦП и блок ЦОС обеспечивают высокоточный расчет углового положения магнита относительно ИС (угла поворота магнитного вектора, параллельного поверхности ИС).The ADC and DSP block provide a high-precision calculation of the angular position of the magnet relative to the IC (the angle of rotation of the magnetic vector parallel to the surface of the IC).

Функциональность ЦОС управляется специальным микрокодом микроконтроллера (firmware - F/W), хранимым в памяти ROM.The DSP functionality is controlled by a special microcontroller microcode (firmware - F / W) stored in ROM memory.

В дополнение к функции арктангенса "ATAN", микрокод F/W контролирует всю аналоговую цепь, выходную передаточную характеристику, выходной протокол, этапы калибровки, программирования и режимы самодиагностики.In addition to the "ATAN" arc tangent function, the F / W microcode controls the entire analog circuit, output transfer characteristic, output protocol, calibration, programming, and self-diagnosis modes.

Поскольку функция «ATAN» вычисляется из соотношения UY/UX (как при использовании магниторезистивных датчиков), угловая информация является независимой от вариаций плотности потока при изменении воздушного зазора d, магнитных неоднородностей, влияния температуры, несогласований двух квадратурных сигналов UY и UX. ИС Холла MLX90316 обладает способностью измерять углы 0...360°, в отличие от AMP - датчиков (0...180°) и классических датчиков Холла (0...120°), с высокой линейностью, независимо от взаимоположения ИС и полюсов магнита в конструкции.Since the “ATAN” function is calculated from the ratio U Y / U X (as when using magnetoresistive sensors), the angular information is independent of variations in flux density due to changes in the air gap d, magnetic inhomogeneities, temperature effects, inconsistencies of the two quadrature signals U Y and U X . The MLX90316 Hall IC has the ability to measure angles of 0 ... 360 °, in contrast to AMP sensors (0 ... 180 °) and classical Hall sensors (0 ... 120 °), with high linearity, regardless of the relative position of the IC and magnet poles in construction.

В описываемой магнитной системе (фиг.8-10) ось вращения цилиндрического дипольного магнита 3 должна быть центрирована с массивом измерительных элементов 17, являясь точкой отсчета полярной системы координат для определения угла φ поворота легкой оси (фиг.10), но рассматриваемый измерительный принцип устойчив также к смещениям магнита 3 от его оптимального положения в плоскости измерительных осей X, Y.In the described magnetic system (Figs. 8-10), the axis of rotation of the cylindrical dipole magnet 3 should be centered with the array of measuring elements 17, being the reference point of the polar coordinate system for determining the angle φ of rotation of the easy axis (Fig. 10), but the measurement principle under consideration is stable also to the displacements of magnet 3 from its optimal position in the plane of the measuring axes X, Y.

Текущее цифровое значение угла, вычисленное в блоке ЦОС, затем может быть преобразовано 12-битным ЦАП в аналоговую форму (фиг.10, 11). Другие типы выходного формата, поддерживаемые ИС - 12-битный ШИМ (фиг.12) и последовательный выход (см. таблицу).The current digital angle value calculated in the DSP unit can then be converted by a 12-bit DAC into analog form (Figs. 10, 11). Other types of output format supported by ICs are 12-bit PWM (Fig. 12) and serial output (see table).

Как упоминалось выше, выходная передаточная характеристика датчика является полностью программируемой (смещение U0q (среднеквадратическое напряжение), усиление, ограничивающие уровни UClampLo, UClampHigh) непосредственно в рабочих условиях, причем, в отличие от однократно программируемых энкодеров Austriamicrosystems, программирование рабочих настроек и коэффициентов MLX90316 выполняется в перепрограммируемой энергонезависимой памяти EEPROM.As mentioned above, the output transfer characteristic of the sensor is fully programmable (offset U 0q (rms voltage), gain, limiting levels U ClampLo , U ClampHigh ) directly under operating conditions, and, unlike Austriamicrosystems once programmable encoders, programming of operating settings and coefficients The MLX90316 runs in a reprogrammable non-volatile EEPROM.

При программировании с помощью комплекта РТС-04 Melexis передаточных характеристик заявляемого датчика, соответствующих показанным на фиг.13 для примера конструкции, изображенной на фиг.1-5, устанавливаются следующие параметры:When programming with the RTS-04 Melexis kit the transfer characteristics of the inventive sensor corresponding to those shown in Fig. 13 for the design example shown in Figs. 1-5, the following parameters are set:

- Выход (передаточная характеристика) - аналоговое напряжение U(φ).- Output (transfer characteristic) - analog voltage U (φ).

- Нижний ограничивающий уровень ClampLo=0,25 В (UClampLo) для φ≤0°.- Lower limit level ClampLo = 0.25 V (U ClampLo ) for φ≤0 °.

- Верхний ограничивающий уровень ClampHi=4,75B (UClampHigh) для φ≥120°.- The upper limiting level ClampHi = 4.75B (U ClampHigh ) for φ≥120 °.

- Смещение Voffset (U0q)=2,25 В.- Offset V offset (U 0q ) = 2.25 V.

- Направление вращения, в зависимости от расположения MLX90316 в конструкции - против часовой стрелки (CCW): CLOCKWISE=CCW=1 (в других конструкциях заявляемого устройства направление вращения может быть по часовой стрелке - CW (фиг.11)).- The direction of rotation, depending on the location of the MLX90316 in the structure, is counterclockwise (CCW): CLOCKWISE = CCW = 1 (in other designs of the claimed device, the direction of rotation can be clockwise - CW (Fig. 11)).

- Медленный (точный) скоростной режим работы ЦОС HIGHSPEED=0 (Slow Mode).- Slow (accurate) high-speed DSP operation mode HIGHSPEED = 0 (Slow Mode).

Как упоминалось выше, поскольку программирование ИС выполняется через функциональные выводы, в контактный интерфейс включаются только функциональные выводы датчика. Никаких выводов датчика, не используемых в дальнейшем после его программирования в перепрограммируемой памяти EEPROM, в заявляемой конструкции нет, что означает упрощение конструкции устройства и технологии его сборки и монтажа.As mentioned above, since the programming of the IC is carried out through the functional outputs, only the functional outputs of the sensor are included in the contact interface. There are no sensor conclusions that are not used later after programming it in the reprogrammable EEPROM memory in the claimed design, which means simplifying the design of the device and the technology of its assembly and installation.

Альтернативная элементная база ИС для конструкций данного типа - магнитные угловые энкодеры с линейным аналоговым или ШИМ-выходом, рассчитанные на однократное программирование с использованием специальных выводов (AS5043 Austriamicrosystems, новая 12-битная ИС AS5045 с ШИМ-выходом) или программирование только в заводских условиях (ИС АМ512 RLS), а также энкодеры со специальным конфигурированием выходов (iC-MA iC-Haus).An alternative IC element base for this type of construction is magnetic angle encoders with linear analog or PWM output, designed for one-time programming using special outputs (AS5043 Austriamicrosystems, the new AS5045 12-bit IC with PWM output) or factory-only programming ( AM512 RLS ICs), as well as encoders with special output configuration (iC-MA iC-Haus).

Необходимо отметить, что MLX90316 позволяет получить именно аналоговую характеристику, например, для датчика положения дроссельной заслонки оптимальную с точки зрения унификации и совместимости с существующими автомобильными системами, которая может быть запрограммирована после сборки устройства в пределах всего механического углового диапазона φmax в пределах 0°≤φ≤120°, который будет являться одновременно и полным диапазоном φeff eff - эффективный электрический угол или полный диапазон), и функциональным линейным угловым диапазоном φlin.It should be noted that the MLX90316 allows you to get exactly the analog characteristic, for example, for the throttle position sensor optimal from the point of view of unification and compatibility with existing automotive systems, which can be programmed after assembly of the device within the entire mechanical angular range φ max within 0 ° ≤ φ≤120 °, which will be both the full range of φ effeff is the effective electric angle or the full range), and the functional linear angular range of φ lin .

Применение программируемой ИС двухосевого углового энкодера в комбинации с вращающимся постоянным магнитом, создающим рабочее поле, позволяет получать в диапазоне 0...360° четыре (по числу элементов Холла) или два аналоговых рабочих сигнала (фиг.9г), что эквивалентно применению четырех или, как минимум, двух аналоговых дискретных датчиков Холла классического типа в альтернативных конструкциях и означает упрощение конструкции, а также технологии сборки и монтажа.The use of a programmable IC of a biaxial angular encoder in combination with a rotating permanent magnet creating a working field allows one to obtain four (by the number of Hall elements) or two analogue working signals (Fig. 9d) in the range 0 ... 360 °, which is equivalent to using four or at least two analogue discrete hall sensors of the classical type in alternative designs and means simplification of the design, as well as assembly and installation technology.

За счет качества сборки и однородности магнитных поверхностей магнита достигается дальнейшее повышение точности и повторяемости измерений, повышение надежности.Due to the build quality and uniformity of the magnetic surfaces of the magnet, a further increase in the accuracy and repeatability of measurements, an increase in reliability is achieved.

Специальное внимание уделяется вопросу выбора магнитов: магниты должны быть цилиндрической формы, диаметрально намагниченные. В конструкции датчика, показанной на фиг.1-5, используется магнит ⌀6×3.Special attention is paid to the choice of magnets: magnets should be cylindrical in shape, diametrically magnetized. In the sensor design shown in FIGS. 1-5, a ⌀6 × 3 magnet is used.

Магнитный материал может быть любого из следующих типов: AINiCo, SmCo5 или NdFeB. В автомобильных системах с повышенной рабочей температурой наиболее предпочтительным материалом является SmCo, имеющий лучшие свойства температурной стабильности.The magnetic material can be any of the following types: AINiCo, SmCo5 or NdFeB. In automotive systems with elevated operating temperatures, SmCo is the most preferred material, having better thermal stability properties.

Магнитное поле, перпендикулярное поверхности сенсорного массива, в радиусе порядка 1 мм должно составлять приблизительно ±50 мТл (см. табл.). В конструкции датчика могут быть использованы магниты и другой геометрии, но это может повлиять па величину расстояния d до ИС.A magnetic field perpendicular to the surface of the sensor array should be approximately ± 50 mT in a radius of about 1 mm (see table). In the design of the sensor, magnets of other geometries can also be used, but this can affect the magnitude of the distance d to the IC.

С магнитом ⌀6×3 рекомендуемое рабочее магнитное поле достигается на расстоянии 0,5...1,5 мм до поверхности ИС (плюс 0,46 мм до поверхности ИМК).With a ⌀6 × 3 magnet, the recommended working magnetic field is achieved at a distance of 0.5 ... 1.5 mm to the surface of the IC (plus 0.46 mm to the surface of the IMC).

Максимальная плотность потока для ИС с ИМК не может превышать ±1 Тл (для MLX90316 рекомендуется ±700 мТл), так в сильных полях ИМК наводит значительную нелинейность.The maximum flux density for ICs with IMC cannot exceed ± 1 T (± 700 mTl is recommended for MLX90316), so in strong fields, IMC induces significant non-linearity.

В отличие от классических датчиков Холла, магниты, используемые в заявляемом устройстве, отличаются меньшими размерами и могут быть более слабыми; описываемый измерительный принцип обеспечивает улучшенную температурную точность, способность измерять углы 360° с высокой линейностью, независимой от взаимоположения ИС и полюсов магнита в конструкции.Unlike classical Hall sensors, the magnets used in the inventive device are smaller and may be weaker; The described measuring principle provides improved temperature accuracy, the ability to measure 360 ° angles with high linearity, independent of the mutual position of the IC and the magnet poles in the structure.

Диаметрально намагниченный магнит цилиндрической формы для энкодеров Холла - значительно меньших размеров по сравнению с магнитами для AMP-датчиков. используемых ранее в аналогичной измерительной конфигурации при детектировании углов в диапазоне 0...180°.The diametrically magnetized cylindrical magnet for Hall encoders is much smaller than magnets for AMP sensors. previously used in a similar measuring configuration when detecting angles in the range 0 ... 180 °.

Высокая чувствительность магнитных угловых энкодеров Холла, после усиления сравнимая с чувствительностью эффекта AMP (порядка 20 мВ/мТл), позволяет использовать рабочий воздушный зазор d во всех конфигурациях, достаточный для изоляции механической и электрической частей друг от друга.The high sensitivity of the magnetic angular Hall encoders, after amplification, is comparable with the sensitivity of the AMP effect (of the order of 20 mV / mTl), it allows the use of a working air gap d in all configurations, sufficient to isolate the mechanical and electrical parts from each other.

В отличие от альтернативных устройств на основе AMP-эффекта, для которых необходим специальный обработчик мостовых сигналов, количество внешних дискретных компонентов в схеме датчика является минимальным.Unlike alternative devices based on the AMP effect, which require a special bridge signal processor, the number of external discrete components in the sensor circuit is minimal.

Конструкция заявляемого датчика характеризуется простотой, технологичностью. надежностью, минимальным набором механических и электрических компонентов и максимальным набором адаптационных признаков к конкретным условиям работы.The design of the inventive sensor is characterized by simplicity, adaptability. reliability, a minimum set of mechanical and electrical components and a maximum set of adaptive features to specific working conditions.

Развитие адаптационных признаков достигается также за счет применения механических упоров-ограничителей измеряемого угла, жестко закрепленного в корпусе датчика ограничителя осевых перемещений роторного узла и возвратной пружины кручения.The development of adaptive features is also achieved through the use of mechanical stops-limiters of the measured angle, rigidly fixed in the sensor housing of the axial displacement limiter of the rotor assembly and the torsion spring.

Введение ограничителя осевых перемещений, кроме защиты ИС датчика от физического разрушения, позволяет регулировать (как правило, увеличивать) магнитную чувствительность датчика (крутизну рабочих магнитных сигналов), использовать меньшие рабочие зазоры d и более слабые магниты, или, напротив, большие зазоры с несколько более сильными магнитами, чем предусмотрено спецификацией ИС датчика (рабочее поле MLX90316 должно быть менее ±700 мТл).The introduction of an axial displacement limiter, in addition to protecting the sensor IC from physical damage, allows one to regulate (as a rule, increase) the sensor magnetic sensitivity (steepness of working magnetic signals), use smaller working gaps d and weaker magnets, or, conversely, larger gaps with slightly more strong magnets than specified by the sensor IC specification (MLX90316 working field must be less than ± 700 mT).

Повышение чувствительности устройства означает также, что увеличивается амплитуда синусоидальных и косинусоидальных рабочих сигналов, которые в этом случае будут более помехоустойчивыми.Increasing the sensitivity of the device also means that the amplitude of the sinusoidal and cosine working signals increases, which in this case will be more noise-resistant.

При малых рабочих зазорах ограничитель полностью исключает риск физического разрушения микросхемы вследствие осевых биений привода дроссельной заслонки. педали и т.д., и механической вибрации.At small operating clearances, the limiter completely eliminates the risk of physical destruction of the microcircuit due to axial beats of the throttle actuator. pedals, etc., and mechanical vibration.

За счет введения ориентирующих пазов (лыски) в установочной втулке датчика и втулке - корпусе магнита для быстрой механической подгонки положения магнита отверткой, механических ограничителей осевых перемещений роторного узла с магнитом и измеряемого угла (упоров в корпусе датчика и выступов установочной втулки) обеспечивается технологичность конструкции. Лыска в установочной втулке датчика, паз под отвертку в корпусе или теле магнита или возможность визуального различения полюсов при покраске магнита обеспечивают идентичные технические характеристики серийно выпускаемых изделий.By introducing orienting grooves (flats) in the sensor installation sleeve and the magnet housing for quick mechanical adjustment of the magnet position with a screwdriver, mechanical axial displacement of the rotor assembly with the magnet and the measured angle (stops in the sensor housing and protrusions of the installation sleeve), technological design is ensured. Flats in the sensor mounting sleeve, a groove for a screwdriver in the body or body of the magnet, or the ability to visually distinguish the poles when painting the magnet provide identical technical specifications for mass-produced products.

В совокупности, за счет применения упоров корпуса статора (выступов ротора) на границах измеряемого угла, ограничителя и пружины, при использовании ориентирующих пазов достигается увеличение надежности, повышение точности измерений, повторяемости, технологичности.In total, due to the use of the stops of the stator housing (protrusions of the rotor) at the boundaries of the measured angle, limiter and spring, when using orienting grooves, an increase in reliability, an increase in the accuracy of measurements, repeatability, and manufacturability are achieved.

Заявляемый датчик отражает, в первую очередь, введение в датчик углового положения на эффекте Холла, например датчик положения дроссельной заслонки, магнитной системы, описанной выше, на основе программируемой в EEPROM ИС с ИМК двухосевого магнитного углового энкодера с линейным аналоговым или ШИМ-выходом в диапазоне угла 0...360° и цилиндрического дипольного магнита, магнитный вектор которого при вращении параллелен лицевой поверхности ИС.The inventive sensor reflects, first of all, the introduction of a Hall effect angular position sensor, for example, a throttle position sensor, of the magnetic system described above, based on a bi-axis magnetic angular encoder with a linear analog or PWM output programmed in the EEPROM with an IMC in the range angle 0 ... 360 ° and a cylindrical dipole magnet, the magnetic vector of which during rotation is parallel to the front surface of the IC.

За счет возможностей интегрированной схемы обработки сигнала энкодера. программирования ИС с EEPROM в конкретных условиях работы, наличия готового аналогового или ШИМ-интерфейса и интегрированных схем защиты достигаются высокая точность датчика, адаптивность к конкретным условиям работы, минимальное число компонентов схемы и контактов датчика, высокая надежность.Due to the capabilities of an integrated encoder signal processing circuit. programming ICs with EEPROM in specific operating conditions, the availability of a ready-made analog or PWM interface and integrated protection circuits, high accuracy of the sensor, adaptability to specific operating conditions, the minimum number of circuit components and sensor contacts, and high reliability are achieved.

Минимизация электронных компонентов достигается именно за счет применения ИС энкодера Холла с высокой степенью интеграции (минимальный набор внешних интерфейсных компонентов применяется только в случае отсутствия идентичных интегрированных средств).Minimization of electronic components is achieved precisely through the use of Hall encoder ICs with a high degree of integration (the minimum set of external interface components is used only in the absence of identical integrated tools).

Программирование после сборки всего устройства основных параметров его аналоговой или ШИМ выходной характеристики - ограничивающих уровней выходного напряжения и точек калибровки, направления вращения, смещения и усиления (чувствительности) и других параметров обеспечивает в конструкции произвольный или оптимальный (для серийного производства) выбор положения нулевой плоскости магнитной симметрии магнита относительно корпуса датчика и соответствующего данному положению детектируемого углового значения, что значительно повышает адаптивность и технологичность устройства.After assembly of the entire device, programming of the main parameters of its analog or PWM output characteristic — limiting levels of the output voltage and calibration points, direction of rotation, displacement and amplification (sensitivity), and other parameters ensures arbitrary or optimal (for serial production) selection of the position of the zero magnetic plane symmetry of the magnet relative to the sensor housing and corresponding to the given position of the detected angular value, which significantly increases daptivnost and device manufacturability.

На фиг.18 показано сравнение классической передаточной характеристики датчика Холла (подробнее функционирование классических датчиков Холла проиллюстрировано фиг.14-17), режимов альтернативного устройства на основе AS5043 и пример выходной характеристики заявляемого устройства. Фиг.18 иллюстрирует расширение максимального механического φmax, эффективного электрического φeff и линейного диапазонов φlin измеряемых углов φ в заявляемом датчике (1 - выходная характеристика классического датчика Холла; 2 - высоколинейный аналоговый режим заявляемого устройства; 3, 4 - диагностические аналоговые режимы устройства AS5043).On Fig shows a comparison of the classic transfer characteristics of the Hall sensor (for more details on the operation of the classic Hall sensors is illustrated in Fig.14-17), the modes of an alternative device based on AS5043 and an example of the output characteristics of the inventive device. Fig. 18 illustrates the expansion of the maximum mechanical φ max , effective electrical φ eff, and linear ranges φ lin of measured angles φ in the inventive sensor (1 - output characteristic of the classic Hall sensor; 2 - high-linear analog mode of the claimed device; 3, 4 - diagnostic analog modes of the device AS5043).

На фиг.14-18 показано, что классический датчик Холла позволяет обеспечить только очень малый полный диапазон φ (эффективный электрический угол φeff=90°, линейный диапазон φlin при этом не более 80°) вследствие того, что рабочее магнитное поле В (или сигнал напряжения Холла UH) при вращении магнита представляет собой синусоидальный сигнал В(φ), который линейно аппроксимируется в диапазоне эффективного электрического угла φeff, обычно не превышающем 100-120° (фиг.14б, фиг.15). Обычные датчики Холла в значительной степени подвержены влиянию магнитных неоднородностей и допусков невыравнивания, что означает присутствие некоторого ненулевого смещения Boff или (-Boff) чувствительного элемента Холла с чувствительностью σ (фиг.14а), а также влиянию температурных дрейфов смещения ±Вoff и чувствительности σ.On Fig-18 shows that the classic Hall sensor allows you to provide only a very small full range φ (effective electric angle φ eff = 90 °, the linear range φ lin with no more than 80 °) due to the fact that the working magnetic field B ( or the Hall voltage signal U H ) during rotation of the magnet is a sinusoidal signal B (φ), which is linearly approximated in the range of the effective electric angle φ eff , usually not exceeding 100-120 ° (Fig. 14b, Fig. 15). Conventional Hall sensors are significantly affected by magnetic inhomogeneities and non-equalization tolerances, which means the presence of some non-zero bias B off or (-B off ) of the Hall element with sensitivity σ (Fig. 14a), as well as the influence of temperature bias drifts ± B off and sensitivity σ.

Стандартная аналоговая передаточная характеристика классического датчика Холла, программируемого в EEPROM по двум точкам калибровки на границах линейного диапазона, показана на фиг.15. На фиг.16 показано определение среднеквадратического 50%-ного рабочего цикла при нулевом значении магнитной индукции поля В и ШИМ выходы в точках калибровки для заявляемого устройства с ШИМ передаточной характеристикой.The standard analog transfer characteristic of a classic Hall sensor programmed in EEPROM for two calibration points at the linear range boundaries is shown in Fig. 15. On Fig shows the definition of the RMS 50% duty cycle at zero value of the magnetic induction of field B and PWM outputs at the calibration points for the inventive device with a PWM transfer characteristic.

Программирование классического линейного датчика Холла с EEPROM по двум точкам калибровки позволяет получать в нормализованной шкале отсчета углового положения φ выходные характеристики U(φ), пропорциональные напряжению питания Uпит=5 В (фиг.17). В процессе программирования задается среднеквадратическое напряжение U0q и запасается расчетное значение магнитной чувствительности SM, например среднеквадратические напряжения U0q1, U0q2, U0q3 и чувствительности SM1, SМ2, SM3 сигналов 1, 2 и 3, показанных на фиг.17 (1 - биполярная характеристика (классическая); 2 - униполярная характеристика; 3 - инвертированная униполярная характеристика).Programming a classical linear Hall sensor with EEPROM at two calibration points allows us to obtain output characteristics U (φ) proportional to the supply voltage U pit = 5 V in the normalized reference frame of the angular position φ (Fig. 17). During programming, the rms voltage U 0q is set and the calculated value of the magnetic sensitivity S M is stored, for example, the rms voltages U 0q1 , U 0q2 , U 0q3 and the sensitivities S M1 , S M2 , S M3 of signals 1, 2 and 3 shown in FIG. 17 (1 - bipolar characteristic (classical); 2 - unipolar characteristic; 3 - inverted unipolar characteristic).

Программирование заявляемого устройства в EEPROM выполняется аналогично. но в линейном диапазоне φlin в пределах полного диапазона - эффективного электрического угла φlineff=0...360°.Programming of the inventive device in EEPROM is performed similarly. but in the linear range φ lin within the full range - the effective electric angle φ lin = φ eff = 0 ... 360 °.

На примере характеристик датчика с AS5043 на фиг.18 и 19а показано, что детектируемый альтернативным устройством линейный диапазон может принимать значения в диапазоне 0...360°, программируемые при сборке, при выборе диапазона значений 360°/180°/90°/45°. В зависимости от фактического угла, запрограммированного в пределах 0...360° нулевого положения и нулевого смещения, передаточная характеристика AS5043 может электрически «вращаться» (см. фиг.19а).On the example of the characteristics of the sensor with AS5043 in Figs. 18 and 19a, it is shown that the linear range detected by the alternative device can take values in the range 0 ... 360 ° programmed during assembly, when the value range is selected 360 ° / 180 ° / 90 ° / 45 °. Depending on the actual angle programmed within 0 ... 360 ° of the zero position and zero offset, the transfer characteristic of the AS5043 can electrically “rotate” (see FIG. 19a).

В пределах запрограммированного углового диапазона в дальнейшем наклон характеристики AS5043 может регулироваться изменением усиления выходной усилительной ступени.Within the programmed angular range, the slope of the AS5043 characteristic can be further controlled by changing the gain of the output gain stage.

В отличие от вышеописанного альтернативного устройства, аналоговый режим заявляемого устройства с MLX90316 позволяет получить выходную характеристику именно в пределах функционального или полного механического диапазона детектируемого угла (фиг.19б), формируемую по двум или нескольким точкам калибровки.In contrast to the alternative device described above, the analog mode of the inventive device with MLX90316 allows to obtain the output characteristic precisely within the functional or full mechanical range of the detected angle (Fig. 19b), formed by two or more calibration points.

MLX90316 поддерживает двухточечную или многоточечную калибровку передаточной характеристики (фиг.11-13, 18, 19б). Для большинства автомобильных датчиков осуществления только двухточечной калибровки вполне достаточно, но возможность точной коррекции сигнала, которая в ряде случаев также может быть использована, является преимуществом заявляемого датчика.MLX90316 supports two-point or multi-point calibration of the transfer characteristic (Fig.11-13, 18, 19b). For most automotive sensors, only two-point calibration is sufficient, but the ability to accurately correct the signal, which in some cases can also be used, is an advantage of the claimed sensor.

Таким образом, высокие показатели линейности выходного сигнала (<2%) и угловой точности (≤±0,5°) обеспечиваются в значительной степени за счет применения в устройстве на основе описанной магнитной системы высоких интегральных технологий: дифференциального принципа квадратичного массива элементов, методов устранения смещения, например «spinning current», «chopper - stabilization», вычислительных и интерфейсных возможностей энкодеров (заложенных в их теоретические принципы), программирования выходной характеристики в памяти EEPROM после полной сборки заявляемого устройства (с использованием только функциональных выводов).Thus, high linearity of the output signal (<2%) and angular accuracy (≤ ± 0.5 °) are ensured largely due to the use of high integral technologies in the device based on the described magnetic system: the differential principle of the quadratic array of elements, methods of elimination offsets, for example, spinning current, chopper stabilization, computing and interface capabilities of encoders (embedded in their theoretical principles), programming the output characteristic in EEPROM memory after a complete assembly of the application removable device (using only functional conclusions).

В совокупности, повышение точности измерений, абсолютных и относительных показателей линейности, повторяемости, расширение функционального диапазона и линейного участка измеряемого угла до 360°, увеличение чувствительности, развитие адаптационных признаков к конкретным условиям работы, в том числе - для прямого замещения аналоговых трехпроводных и двухпроводных (ШИМ) потенциометров, повышение надежности, дальнейшее упрощение конструкции устройства и технологии его сборки и монтажа достигаются за счет применения в конструктивно оптимизированном для конкретных рабочих условий датчике магнитной системы с рабочим режимом, который реализует поворот направления магнитного вектора цилиндрического дипольного магнита в пределах детектируемого угла параллельно лицевой поверхности ИС двухосевого углового энкодера Холла с ИМК и адаптированной линейной аналоговой или ШИМ - передаточной характеристикой, программируемой после полной сборки устройства по двум или нескольким точкам калибровки в памяти EEPROM ИС с использованием только функциональных выводов заявляемого устройства.In total, improving the accuracy of measurements, absolute and relative indicators of linearity, repeatability, expanding the functional range and linear portion of the measured angle to 360 °, increasing sensitivity, developing adaptive features to specific working conditions, including for the direct replacement of analog three-wire and two-wire ( PWM) potentiometers, increasing reliability, further simplifying the design of the device and the technology of its assembly and installation are achieved through the use of structurally optimized a magnetic system sensor with an operating mode that is designed for specific operating conditions, which implements a rotation of the direction of the magnetic vector of a cylindrical dipole magnet within the detectable angle parallel to the front surface of the IS of a two-axis angular Hall encoder with IMC and an adapted linear analog or PWM transfer characteristic programmed after the complete assembly of the device two or more calibration points in the memory of the EEPROM IC using only the functional conclusions of the claimed device Properties.

Таблица.
Технические данные ИС Холла - двухосевого углового энкодера MLX90316
Table.
Specifications of Hall IC - Biaxial Angle Encoder MLX90316
ИС ХоллаHall IP MLX90316MLX90316 ТехнологияTechnology Tria⊗is™ (массив планарных элементов Холла с ИМК)Tria⊗is ™ (array of planar Hall elements with IMC) Функциональное описаниеFunctional Description Программируемый магнитный угловой энкодер с разрешением 12/14 бит12/14 bit programmable magnetic angle encoder Напряжение питания, ВSupply voltage 5 (4,5...5,5); абсолютный диапазон -10...+205 (4.5 ... 5.5); absolute range -10 ... + 20 Ток потребления, мАConsumption Current, mA 10 (медленный режим - Slow mode); 16 (быстрый режим - Fast mode)10 (slow mode - Slow mode); 16 (fast mode - Fast mode) Выходной интерфейсOutput interface 12-битный аналоговый, 12-битный ШИМ - выход с программируемой частотой 100 Гц - 1кГц или последовательный протокол передачи угловой информации с разрешением до 14 бит12-bit analog, 12-bit PWM - output with a programmable frequency of 100 Hz - 1 kHz or serial protocol for transmitting angular information with a resolution of up to 14 bits Программируемые параметры и режимыProgrammable Parameters and Modes Ограничивающие уровни, усиление (чувствительность), смещение; выходной формат (аналоговый, ШИМ или последовательный выход), множество других настроек: направление вращения, скорость работы ЦОС, частота ШИМ, параметры ФНЧ, диагностических режимов, блокировки, 40-битный идентификационный номер и т.д.Limiting levels, gain (sensitivity), bias; output format (analog, PWM or serial output), many other settings: rotation direction, DSP speed, PWM frequency, low-pass filter parameters, diagnostic modes, blocking, 40-bit identification number, etc. Частота вращения магнита, об/минThe frequency of rotation of the magnet, rpm -*- * Рабочее магнитное поле, мТлWorking magnetic field, mT 50 (20-70); ±700 мТл максимум50 (20-70); ± 700 mTl maximum Рабочий зазор между ИС и магнитом, ммWorking gap between the IC and the magnet, mm -*- * Скорость обновления, кГц/ Время обновления, мксUpdate rate, kHz / Update time, μs 600 мкс (Slow mode); 200 мкс (Fast Mode)600 μs (Slow mode); 200 μs (Fast Mode) Время "Power-on", мсPower-on time, ms 15, в медленном и быстром режимах15, in slow and fast modes Максимальная угловая ошибка выравнивания, °Maximum angular alignment error, ° '-*'- * Магнитная нелинейность, %Magnetic nonlinearity,% '-*'- * Интегральная нелинейность при оптимальном выравнивании магнита, °Integral nonlinearity with optimal alignment of the magnet, ° ±2± 2 Интегральная нелинейность, °Integral Nonlinearity, ° ±4LSB**± 4LSB ** Дифференциальная нелинейность, °Differential nonlinearity, ° 0,05-2LSB**0.05-2LSB ** Переходные шумы, °Transient Noises, ° 0,03-0,06 в медленном режиме Slow mode; 0,1-0,2 в быстром режиме Fast mode0.03-0.06 in slow mode; Slow mode; 0.1-0.2 in fast mode Fast mode Рабочий температурный диапазон, °СOperating temperature range, ° С S(-20...85°С); Е(-40...85°С); К(-40...125°С)S (-20 ... 85 ° C); E (-40 ... 85 ° C); K (-40 ... 125 ° C) Типы корпусовHousing Types DC (SOIC-8), GO (TSSOP-16)DC (SOIC-8), GO (TSSOP-16) ПроизводительManufacturer MelexisMelexis LSB** - Least significant bit; наименее значащий, младший битLSB ** - Least significant bit; least significant least significant bit

Claims (5)

1. Программируемый бесконтактный датчик углового положения с линейным диапазоном в пределах 360°, в котором ротор с магнитом осуществляет вращение в детектируемом угловом диапазоне относительно неподвижного статора - интегральной схемы (ИС) датчика магнитного поля на эффекте Холла, отличающийся тем, что легкая ось намагниченности и основание диаметрально намагниченного цилиндрического магнита ротора при его вращении параллельны лицевой поверхности ИС статора, представляющей собой программируемую в памяти EEPROM по двум или нескольким точкам калибровки ИС двухосевого углового энкодера, содержащего интегрированный крестообразный массив планарных элементов Холла с аналоговым выходом или ШИМ-интерфейсом, формируемым по результатам оцифровки и цифровой обработки с использованием функции арктангенса сигналов интегрированного крестообразного массива планарных элементов Холла, чувствительных к градиенту компонентов рабочего магнитного поля, перпендикулярных лицевой поверхности ИС, снабженной интегрированным магнитоконцентрирующим (ИМК) диском (дисками), посредством которого выполняется преобразование параллельных компонентов магнитного поля в перпендикулярные лицевой поверхности ИС, которая запаяна способом поверхностного монтажа на печатной плате с компонентами схемы трехпроводного аналогового или двухпроводного ШИМ-датчика, магнит ротора в процессе сборки по результатам выравнивания жестко установлен в роторном узле, содержащем установочную втулку из материала, не проводящего магнитное поле, с выполненной в ней ориентирующей лыской или ориентирующим пазом для установки на вал с заданной начальной ориентацией и цилиндрическую или коническую возвратную пружину кручения и имеющем возможность поворота в корпусе на детектируемый в пределах полного механического углового диапазона устройства угол φ, ограниченный на крайних механических положениях упорами в основании корпуса и выступами установочной втулки ротора, для механической изоляции статора от движущихся механических частей и механического ограничения осевых перемещений роторного узла в датчике содержится внутренняя крышка-ограничитель, жестко фиксируемая в корпусе поверх роторного узла, датчик магнитного поля - двухосевой угловой энкодер допускает выбор формата и программирование после сборки всего устройства основных параметров его аналоговой или ШИМ выходной характеристики - ограничивающих уровней выходного напряжения, точек калибровки, направления вращения, смещения и усиления (чувствительности), разъем корпуса устройства содержит только функциональные выводы, используемые в дальнейшем процессе эксплуатации после программирования датчика, причем в процессе программирования устройства используются только функциональные выводы ИС.1. A programmable non-contact angular position sensor with a linear range of 360 °, in which a rotor with a magnet rotates in a detectable angular range relative to the fixed stator - an integrated circuit (IC) of the Hall effect magnetic field sensor, characterized in that the light axis of magnetization and the base of the diametrically magnetized cylindrical magnet of the rotor during its rotation is parallel to the front surface of the stator IC, which is a programmable EEPROM memory for two or more Calibration chambers for a biaxial angular encoder IC containing an integrated cruciform array of planar Hall elements with an analog output or PWM interface, formed by digitizing and digital processing using the arctangent function of the signals of the integrated cruciform array of planar Hall elements, perpendicular to the gradient of the working magnetic field components the front surface of the IC, equipped with an integrated magnetoconcentrating (IMC) disk (s), by Conversely, the parallel components of the magnetic field are transformed into perpendicular to the front surface of the IC, which is sealed by surface mounting on a printed circuit board with circuit components of a three-wire analog or two-wire PWM sensor, the rotor magnet is rigidly installed in the rotor assembly in the rotor assembly containing the installation sleeve from a material that does not conduct a magnetic field, with an orienting flat or an orienting groove made in it for installation on a shaft with a predetermined orientation and a cylindrical or conical torsion return spring and having the ability to rotate in the housing to an angle φ detected within the full mechanical angular range of the device, limited at extreme mechanical positions by stops at the base of the housing and protrusions of the rotor mounting sleeve for mechanical isolation of the stator from moving mechanical parts and mechanical restriction of axial displacements of the rotor assembly, the sensor contains an internal limiter cap, which is rigidly fixed in the housing all on top of the rotor assembly, the magnetic field sensor - a two-axis angular encoder allows format selection and programming after assembly of the entire device the basic parameters of its analog or PWM output characteristics - limiting output voltage levels, calibration points, direction of rotation, bias and gain (sensitivity), housing connector the device contains only the functional conclusions used in the further process of operation after programming the sensor, and during the programming of the device only the functional conclusions of the IP are used. 2. Программируемый бесконтактный датчик углового положения с линейным диапазоном в пределах 360° по п.1, в котором основание роторного диаметрально намагниченного цилиндрического постоянного магнита представляет собой круг или кольцо.2. A programmable proximity sensor of angular position with a linear range within 360 ° according to claim 1, in which the base of the rotor diametrically magnetized cylindrical permanent magnet is a circle or ring. 3. Программируемый бесконтактный датчик углового положения с линейным диапазоном в пределах 360° по п.1, в котором для выравнивания магнит жестко устанавливается во втулке с пазами под отвертку, жестко устанавливаемой в роторном узле по результатам выравнивания магнита.3. A programmable proximity sensor of angular position with a linear range within 360 ° according to claim 1, in which for alignment the magnet is rigidly mounted in the sleeve with grooves for a screwdriver, rigidly installed in the rotor assembly according to the results of alignment of the magnet. 4. Программируемый бесконтактный датчик углового положения с линейным диапазоном в пределах 360° по п.1, в котором если ИС статора представляет собой двухосевой угловой энкодер Холла с поддержкой многоточечной калибровки, программирование параметров выполняется индивидуально для всех участков выходной передаточной характеристики.4. A programmable non-contact angular position sensor with a linear range of 360 ° according to claim 1, wherein if the stator IC is a two-axis angular Hall encoder with support for multi-point calibration, the parameters are programmed individually for all sections of the output transfer characteristic. 5. Программируемый бесконтактный датчик углового положения с линейным диапазоном в пределах 360° по п.1, в котором для защиты датчика от обратного напряжения, перенапряжения, короткого замыкания выхода, импульсных помех по цепи питания и выхода, если эта защита не предусмотрена в интегральной схеме датчика Холла, схема устройства, расположенная на плате датчика, содержит необходимые схемы защиты (стабилитрон, выпрямитель, конденсаторы фильтров).5. A programmable proximity sensor of angular position with a linear range within 360 ° according to claim 1, in which to protect the sensor from reverse voltage, overvoltage, output short circuit, impulse noise on the power supply and output, if this protection is not provided in the integrated circuit Hall sensor, the device circuit located on the sensor board contains the necessary protection circuits (zener diode, rectifier, filter capacitors).
RU2006102598/28A 2006-01-30 2006-01-30 Programmable contact-free angular movement indicator with linear angular range within limits of 360° RU2317522C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006102598/28A RU2317522C2 (en) 2006-01-30 2006-01-30 Programmable contact-free angular movement indicator with linear angular range within limits of 360°

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006102598/28A RU2317522C2 (en) 2006-01-30 2006-01-30 Programmable contact-free angular movement indicator with linear angular range within limits of 360°

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2006102598A RU2006102598A (en) 2007-09-10
RU2317522C2 true RU2317522C2 (en) 2008-02-20

Family

ID=38597713

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006102598/28A RU2317522C2 (en) 2006-01-30 2006-01-30 Programmable contact-free angular movement indicator with linear angular range within limits of 360°

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2317522C2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2615612C2 (en) * 2014-05-16 2017-04-05 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный уинверситет" (ЮЗГУ) Contactless true dual axis shaft encoder
RU175874U1 (en) * 2016-12-27 2017-12-21 Общество с ограниченной ответственностью "Конструкторское бюро "Электромаш" SHAFT POSITION SENSOR
RU176009U1 (en) * 2016-12-28 2017-12-26 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) DEVICE FOR DETERMINING THE POSITION AND ORIENTATION OF OBJECTS

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2615612C2 (en) * 2014-05-16 2017-04-05 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный уинверситет" (ЮЗГУ) Contactless true dual axis shaft encoder
RU175874U1 (en) * 2016-12-27 2017-12-21 Общество с ограниченной ответственностью "Конструкторское бюро "Электромаш" SHAFT POSITION SENSOR
RU176009U1 (en) * 2016-12-28 2017-12-26 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) DEVICE FOR DETERMINING THE POSITION AND ORIENTATION OF OBJECTS

Also Published As

Publication number Publication date
RU2006102598A (en) 2007-09-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3892038B2 (en) Smart linear angular position sensor
JP5059772B2 (en) Magnetic angular position sensor with a course of up to 360 °
US10732009B2 (en) Angle sensing in an off-axis configuration
US6222359B1 (en) Non-contacting position sensor using radial bipolar tapered magnets
US6576890B2 (en) Linear output non-contacting angular position sensor
EP1405042A1 (en) Arrangement for measuring the angular position of an object
CN110595349B (en) Multipole magnet, method of manufacturing a multipole magnet and sensor system comprising the same
RU2615612C2 (en) Contactless true dual axis shaft encoder
Lee et al. Applications of linear Hall-effect sensors on angular measurement
US7710110B2 (en) Rotary sensor with rotary sensing element and rotatable hollow magnet
RU2317522C2 (en) Programmable contact-free angular movement indicator with linear angular range within limits of 360°
US7391206B2 (en) Magnetic detection circuit and encoder
CN110388943A (en) Encoder
US6265866B1 (en) Measuring device for determining the position of a control element with temperature related measurement errors correction
RU2313763C2 (en) Contactless sensor of angular position with a linear angular diapason in the limits of 360 degrees
EP1704388B1 (en) Amr sensor element for angle measurement
CN116164778A (en) Position sensor with main rail and Norus rail
RU2312363C1 (en) Contactless programmable pickup of absolute angular position
CN210898836U (en) Magnetic encoder and motor rotation position measuring device
Guyol AMR Angle Sensors
WO2006013622A1 (en) Bearing with absolute angle sensor
RU2301399C2 (en) Contact-free pedal position detector
CN110388944A (en) Encoder
US20120038349A1 (en) Triple Hall Effect Sensor Absolute Angular Encoder
JP4343585B2 (en) Bearing device with absolute angle sensor and method of using the same

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20080131