46圈，16,560°！什么样的位置传感器能做到！

科技 2024-12-09 20:03 江苏

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关于电机控制位置信息的获取，你们都是用什么方法？编码器？霍尔传感器？最近，我们收到了一套位置传感器demo，简单小试了一下，挺有意思的。但，更让我震惊的是这个位置传感器可以记录 46 圈，也就是0°至 16,560°的绝对测量范围，这水准在业界可以排得到第一位了。

TPO位置信息的获取

工厂自动化设备对机械部件的控制，机器人、机械臂精准的移动和操作，汽车的无人驾驶、功能安全，智能家居中各种家用设备的控制，医疗设备手术的精准和安全，这些与我们息息相关的应用，都离不开位置测量。

如何获得精准的位置信息呢？我猜大家脱口而出的肯定是使用编码器。

简单的科普下编码器原理：编码器（encoder）是将物理信号，如旋转角度、直线位移等，转换为电信号，也就是脉冲、编码等。根据编码器的刻盘方式、结构和工作原理、应用场景、读取方式等来分类，编码器的种类有很多，其中光学和磁编码器应用最为广泛。

光学编码器通常是由光栅盘和光电检测装置组成。光栅盘在一定直径的圆板上等分的开通若干个长方形孔。由于光电码盘与电机同轴，当电机旋转时，光栅盘与电机同速旋转，经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号，通过统计脉冲的数量，就可以计算出旋转的角度。

在正常通电的情况下，编码器可以提供真实的位置信息。

如果意外断电了，会发生什么情况呢？

这时，编码器只能提供单圈360°的真通电TPO（True Power-On）位置信息。举个例子，在自动化工厂、协作机器人等应用中，断电重启后，系统需要重新归并初始化位置，对设备来说既存在安全风险，又浪费时间。

编码器想要得到更宽测量范围的TPO位置信息，系统需要使用一个备用电源来跟踪和记忆意外断电后单个传感器的多次旋转情况，或者在设备中增设齿轮减速机构，将多次旋转减少至单圈，并与单圈传感器结合使用，来查找TPO的多圈位置信息。

这些方案虽然可行，但是需要额外的成本，还会让系统过于笨重。

有没有更加简单的方案呢？有！

ADMT4000多圈位置传感器方案

为了找到更好的记录TPO位置信息的方案，我们的老朋友——ADI代理商文晔，向我们提供了一套Demo。WT文晔科技已完成收购ADI老牌代理商世健, 再加上收购了富昌电子，文晔现已成为全球排名第一的电子元器件授权代理商。

先简单的介绍下这个Demo的构成：

整套Demo可以分成三个部分，首先是机械部分，一根丝杆，一个滑台，一个摇柄连接在一起，手动旋转摇柄，滑台就会运动；第二部分是传感器电路板，与丝杆非常紧密靠近；第三是信号处理与显示部分，旋转摇柄，丝杆带着滑台运动，传感器测到的数据通过数据线传输到带有ADI的MAX32620 MCU主控的电路板上，经过数据处理，在OLED显示屏上显示当前滑台的距离与旋转角度。

在整套Demo中，核心部分就是传感器板。在这个传感器板上，我们看到使用的是ADMT4000，这是ADI推出的多圈位置传感器，也就是文章开头提到的可以记录 46 圈（0°至 16,560°）绝对测量范围的位置传感器。

上电之后，手摇摇柄，可以在屏幕上看到实时的角度和距离情况。通过这套demo，我们可以看到它是可以实时精确地测量位置信息的，并且断电重启之后，依然有记录的数据。

ADMT4000有什么厉害之处？

先来看看ADMT4000都有哪些特别的地方：

▶ 业界率先发布的单芯片多圈和角度位置传感器，跟踪多圈旋转，无需电源或接触

▶ 可以提供 46 圈（0° 至16,560°）的绝对测量范围，精度为+/-0.25°

▶ 可以简化电机设计，减少方案尺寸、重量和成本：

结合单圈传感器，取代齿轮减速机构；

取代线性传感器，包括线束和连接器；

当电源中断或关闭时，无需为机械运动监控的系统持续供电。

ADMT4000是怎么实现上面这些特性的呢？

这与ADMT4000的材料以及工作原理息息相关。ADMT4000的核心是螺旋状GMR材料，这种材料是由巨磁电阻(GMR)元件的多个纳米线组成的，具有形状各向异性特性。在外部磁场的情况下，在畴壁生成器中生成畴壁。当外部磁场旋转时，畴壁通过附着于畴壁生成器的窄螺旋轨道（纳米线）传播。当畴壁通过螺旋支腿结构时，每个螺旋支腿元件的状态都会发生变化。传感器内部都是由GMR材料制成，可以通过测量电阻来确定每个元件的状态。

所以，ADMT4000不仅仅是一个传感器，它是GMR多圈传感器与高精度AMR角度传感器、集成信号调理IC结合成的一个“大”芯片。

ADMT4000可以无源、非接触地跟踪多圈旋转，无需电源或物理接触即可实现精确位置监测，安装方便，这些特性让ADMT4000在很多应用中都发挥着重要的作用。

在工业领域，特别是在停电或断电情况下，ADMT4000能够确保机器人及协作机器人手臂关节的位置跟踪，以及自动化生产线设备的位置监测。尤其是对于大型设备如起重机和升降机，ADMT4000能在停电时持续跟踪其位置，有效预防事故的发生。

而在汽车应用中，随着汽车电动化的发展，在自动辅助驾驶ADAS、电动助力转向线控转向器等应用中，ADMT4000符合汽车安全标准，被广泛应用。

最后总结一下，编码器、霍尔传感器也许是你最熟悉的位置传感器，但如果你正在设计的项目中，有断电情况仍然要保持位置数据不间断的需求，强烈建议你试一试ADMT4000。当然，如果你对真通电TPO位置信息感兴趣，也可以来了解ADMT4000的更多信息。

END

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