与快板操纵杆位置传感器集成电路

与快板操纵杆位置传感器集成电路

下载版本

克利斯朵夫鲁茨和安德里亚·Foletto
雷竞技竞猜下载欧洲快板微系统有限公司

介绍

操纵杆广泛应用人机界面(HMI),同时报告方向和振幅信息。坚持跟踪实现使用磁铁和磁性
位置传感器。

本文解释如何实现2 d或3 d磁传感器获取操纵杆,并定义良好的行为。这个报告提供了两种跟踪方法的见解:直接追踪和率跟踪。直接跟踪提供了一个简单的实现,虽然比跟踪提供了良好的鲁棒性坚持机械。最后,这个应用程序注意评估这些技术参数变化的相对可靠性(安装和在生活中)。

操纵杆的描述

机械,操纵杆由一根棍子都通过一个球联合基地。图1提供了一个操纵杆的剖视图。

跟踪的位置,一块磁铁集成在底部的球球和磁铁棒时作为一个单元驱动。应该放置在磁铁磁场位置传感器在一个合适的距离,表示气隙。

坚持跟踪

行动操纵杆的棍子将影响所感觉到的磁场传感器。在这个应用程序中,磁铁的磁化轴向和向下(南极、北极下来)。坚持立场的信息包含在感觉到磁场在x和y方向,如图2所示。

增加坚持增加感觉的倾斜信号,由于平面磁场分量增加。把重点放在操纵杆的响应率的倾斜,θ,方便排除方向信息。

贴的位置点的位置情节(由一个黑点)预计将根据倾斜角度和方向相同。反应性,分别地,应当考虑贴位置点到中心的距离,如图3所示,表示为:

r可以表示x(φ= 0°时)或y(φ= 90°时)或任何组合时的方向是任意的。贴位置点位置的反应性情节的定义是:

在实践中,反应性也依赖于坚持的方向,φ,但这依赖通常可以排除对气隙等其他参数。

作为将在下一节中,反应性密切相关的距离磁铁传感器,因为它会加剧或抑制磁铁边界效应,短距离内
不对称等。这个距离通常被称为气隙(AG)。

对于操纵杆应用程序,定义气雷竞技最新网址隙不倾斜,θ= 0°。

气隙的约束

气隙如图2中定义的应用程序中是一个关键参数,既影响传感器的选择和最后的反应性。该参数必须符合下列机械和磁约束。

机械约束将提供一个下界的气隙圆柱形磁体不嵌入在球的操纵杆。这个约束确保旋转之间没有联系
部分和传感器。

最低气隙,AGMIN(机械)可以推导出考虑限制接触情况如图4所示。

机械下界时,应该考虑使用一个低敏感设备。

磁约束产生的信号电平的要求。传感器通常能够合理给定范围的磁场而不会出现饱和。正确的行为,重要的是确保传感器在实现期间不饱和。在实践中,这non-saturation条件提供了一个额外的约束在气隙,AG)_分钟(MAG)根据传感器的敏感性,形状和剩余磁场的磁铁,和最大倾角θ_马克斯。当考虑操纵杆组成的10毫米直径的球形接头,一个圆柱形磁体1 T,直径5.4毫米,长度1毫米,可倾斜θ_马克斯= 25°,模拟导致最低气隙值如表1所示。

表1:操纵杆在气隙磁场限制

传感范围(G)	AGMIN (MAG)
	x / y上没有饱和	z上没有饱和
±500	1.5毫米	2.1毫米
±1000	0.9毫米	1.1毫米
±2000	0.5毫米	机械有限公司

一般来说,对于只使用小角度倾斜的操纵杆(θ_马克斯≪25°),z轴上的non-saturation约束更为严格的x / y轴。为此,急速地开发了传感器如ALS31300 z轴上用不同的传感范围。

由于气隙设置信号的水平,它定义了signalto——噪声比(信噪比)。应用程序定义了一个最小值的信噪比,因此定义了一个上界气隙,AGMAX (MAG)。

注意:应考虑安全系数,确保气隙保持其允许范围内,尽管任何参数变化由于制造、终身漂移等。

直接和比例跟踪

如前所述,贴的位置信息都包含在感知磁场的x和y轴。

直接把跟踪情节棒位置通过使用数据直接感觉到在x和y。这种技术的简单和通用精度是足够的对于大多数应用程序。雷竞技最新网址它的主要缺点是其脆弱性动态气隙变化可能发生在产品的生命周期。这种变化通常从垂直的。例如,紧迫的坚持可能会导致贴位置点位置跳到另一个值。动态气隙减少总是会导致增加的磁场感觉。

应对这种不必要的影响,比坚持跟踪技术可以实现。感觉到在x和y值或多或少会有相同的变化值感觉到在z轴气隙变化。因此,使用z x / y / z x和y而不是仅仅将大大减少气隙的依赖。虽然比坚持跟踪更健壮,它影响响应率曲线。

这个变换仅仅重新调节位置(参见图5)。所有的结果包含直接把跟踪可以直接翻译比坚持跟踪用x (x / y)分别z (y / z分别)。作为一个例子,贴的位置点的距离位置的中心情节变得:

由于这个原因,所有操纵杆纠正行为后处理可以应用于两种跟踪方法。反应性的差异和相对变化区分两种跟踪方法鲁棒性。

反应性的操纵杆

操纵杆的响应率描述了棒的机械运动之间的相关性及其棒位置点位置情节作为输出的传感器。气隙的影响关系。

解释气隙的影响,模拟操纵杆的10毫米直径的球形接头,一个圆柱形磁体1 T,直径5.4毫米,长度1毫米和θ可以倾斜_马克斯= 25°,结果如图6和图7所示为直接和比坚持跟踪,分别。

从图6中,以下属性的直接跟踪可以推导出:

• 大的气隙导致倾角范围几乎线性响应。

• 低气隙导致操纵杆响应线性小为大角度θ角而成为非线性特征。这个特性是有趣的应用程序要求精度和范围(高响应率高角度)。

从图7中,可以推导出以下属性比跟踪:

• 气隙的影响已经极大地减少了如图所示的叠加曲线。
• 不管气隙,操纵杆响应是线性小θ角,同时为大角度成为非线性特征。这个特性是有趣的应用程序要求精度和范围(高响应率高角度)。

响应曲线的非线性是由于主要的非线性磁场位置和传感器的感应。对小型的θ值非线性可以被忽视_MAX。

操纵杆健壮性变化

气隙处理从之前的考虑(约束和行为),传感器的位置完全确定。

现在,可以面对两个跟踪技术的鲁棒性与变化原因:

• 安装精度
• 机械玩

由于物理限制,多轴位置传感器的传感元素不能感知磁场组件在同一位置。这个小内置的不对称会导致不同的反应在不同的方向。同样,错误情节可能反映了这种不对称。

以下参数漂移被认为是:

• 传感器取代对棒轴。
• 磁铁取代对棒轴。
• 气隙更小或更大的参考价值。

错误被量化为理想和漂移的位置之间的距离位置点。比较直接,比坚持跟踪技术,他们的错误已经分别表示为一个百分比的全面(FS)值,即r_马克斯和r_比(MAX)。

从这些情节,几个观测可以:

• 大倾角会加剧传感器位移引起的误差。
• 率跟踪更健壮的气隙变化。
• 直接跟踪更健壮的平面位移比比例跟踪。

表2总结了最大误差和后果的描述定性错误位置的阴谋。

传感器原始数据可以进行后期处理以减少系统误差(由于传感器或磁铁安装),但不会阻止漂移一生(由于机械扮演)。

单位位移误差:

注意,最大误差取决于最大倾角θMAX和操纵杆的尺寸。

表2:最大的错误由于参数漂移,没有后期处理

错误 % f / 0.1毫米	直接 跟踪	比 跟踪	定性的影响
气隙 0.1毫米z	10.8	1.6	反应性变化
传感器 在x 0.1毫米 0.1毫米的量	7.0 7.0	16.5 16.5	添加偏移位置阴谋
磁铁 在x 0.1毫米 0.1毫米的量	5.5 4.6	15.5 4.4	反应性变化; φ感觉到从山巅φ

前面的表会导致下面的总误差的最优补偿操纵杆杆垂直玩比水平发挥更大:

表3:最大的错误由于参数漂移,后处理

错误,% FS	直接追踪	率跟踪
气隙 0.1毫米z	10.8×垂直玩	1.6×垂直玩
传感器 在x 0.1毫米 0.1毫米的量	~ 0 水平发挥有限	~ 0 水平发挥有限
磁铁 在x 0.1毫米 0.1毫米的量	~ 0 水平发挥有限	~ 0 水平发挥有限

一般,直接贴追踪法将表现出足够的免疫力错位安装期间,虽然气隙控制是必需的。

假设由于安装误差减少偿还的后处理。一旦系统误差校正,系统只能错误由于机械。在实践中,
操纵杆部分不太可能从对方水平,如传感器位置对棒轴期间不会改变产品的生命。气隙值时可以改变是什么
用户应用压力棒有意(“蹲”)。比坚持跟踪因此需要抑制气隙变化误差和高度准确的操纵杆。

结论

操纵杆是一个设备有一个坚持跟踪通过磁铁磁传感器连接到一个球关节。

几个操纵杆行为可以产生的操纵杆结构特点(不管后期处理)。如前所述,气隙将线性和信号的关键参数
的水平。气隙不能小于阈值定义为机械和磁性。

直接和比坚持跟踪技术已经被提出;表4总结了他们的主要特点:

表4:跟踪方法比较表

跟踪	直接	比
位置的阴谋	x, y	z x / y / z
AG)分钟。	没有限制 饱和x和y	没有限制 饱和度在x, y和z
AG Max。	信噪比的限制	信噪比的限制
线性和倾斜	提高在高AG)	需要后 处理
精度和范围	提高在低AG)	出席所有AG)
机械约束 没有后 处理	AG)控制	传感器和磁铁 放置
机械约束 与后期处理	限制水平, 垂直的戏剧	限制水平发挥
AG)的依赖	是的	没有

一般来说,对于一个应用程序,该应用程序不需要极端的精度,直接把跟踪方法就足够了。精密操纵杆,它可能是必要的使用比例
跟踪方法和后处理(如果安装精度不是已经足够了)。此选项提供了低气隙依赖并创建一个操纵杆,非常精确的和健壮的一生。

版权©2018,快板微系统公司,有雷竞技竞猜下载限责任公司
本文档中包含的信息并不构成任何表示,保修,保证,担保,或诱因快板给客户关于本文的主题。提供的信息并不能保证一个过程根据这些信息将是可靠的,或者急速地探索所有可能的失效模式。是客户的责任做足够的资格测试的最终产品,以确保它是可靠和满足所有的设计要求。
这个文档被认为是不受控制的文件的副本。