Tehnologia senzorilor magnetici

15 NOIEMBRIE 2020

În ultimul deceniu, tehnologia senzorilor magnetici a devenit omniprezentă și a atras multă atenție. Senzorii magnetici au fost integrați în multe alte domenii decât cel industrial și al automatizărilor, cum ar fi monitorizarea funcțiilor vehiculelor, asistența medicală, agricultură și supravegherea mediului. În transport, tehnologia senzorilor sprijină proiectarea și dezvoltarea unei game largi de aplicații pentru controlul propulsiei, siguranță și divertisment. Senzorii și dispozitivele de acționare, cum ar fi senzorul de presiune a anvelopelor și sistemele de vizibilitate din spate, au devenit obligatorii în unele țări, fiind incluse în fabricarea vehiculelor și în implementarea sistemelor inteligente de transport.

Opțional, alți senzori sunt instalați de producători pentru a monitoriza performanțele și starea vehiculului, oferind șoferilor asistență și eficiență mai mari. În prezent, numărul mediu de senzori dintr-un vehicul este de aproximativ 60–100, dar pe măsură ce vehiculele devin „mai inteligente”, numărul senzorilor pe vehicul crește. În funcție de poziționare și de aplicație, senzorii dintr-un vehicul sunt de mai multe categorii: senzori pentru controlul propulsiei, senzori pentru diagnosticare, senzori pentru siguranță, senzori pentru confort și senzori pentru monitorizarea mediului.

Principalele câmpuri de aplicații vizate de TDK și factorii de piață pentru senzorii magnetici

TDK vizează cu senzorii săi magnetici piețele auto, industriale și ale tehnologiei informației și comunicațiilor (IT&C) / internetului lucrurilor (IoT). Accentul a fost în mod constant pe domeniul auto, unde tendințele globale necesită mai mulți senzori și performanțe mai mari. Acestea includ conducerea autonomă, în care cererea senzorilor este în creștere pe măsură ce criteriile de siguranță trec de la sisteme de siguranță la sisteme de funcționare în caz de defectare și solicită redundanță mai mare a senzorilor. În electrificarea automobilelor, motorul electric creează o cerere suplimentară pentru senzori, în special pentru detectarea curentului și managementul termic. În ceea ce privește reducerea emisiilor de CO2, cererea crescută de eficiență energetică și reducerea emisiilor de CO2 necesită soluții de senzori optimizați, în special în sistemul de propulsie pentru admisie precisă, supraalimentare, recirculare a gazelor eșapamentului și deșeuri minime. În plus, piața industrială oferă un potențial suplimentar mare, în special în domeniile automatizării caselor și Industrie 4.0. În cele din urmă, acoperirea pieței IT&T și IoT se extinde rapid pentru TDK, în special datorită consumului redus de putere și performanței ridicate ale senzorilor TMR.

TDK HAL188y – Senzori Hall liniari, programabili Ieșire liniară proporțională cu câmpul magnetic Procesarea digitală a semnalului Compensarea temperaturii pe cip Funcție de diagnosticare a încadrării în limite Compensare activă a offset-ului

Senzorii magnetici au fost în mod istoric dominați de tehnologia efectului Hall, care a evoluat de-a lungul timpului, dar s-au dezvoltat continuu tehnologiile magnetorezitive (xMR), și anume magnetorezistive anizotrope (AMR), magnetorezistente gigantice (GMR) și, mai recent, magnetorezistive tunel (TMR).

Senzori auto TDK TDK oferă senzori de unghi din seria TAS cu randament ridicat, precizie și stabilitate înalte pentru măsurarea unghiului în aplicații auto, cum ar fi unghiuri de direcție, poziția pedalei și deschiderea clapetei de accelerație și motoare fără perii. Acești senzori aplică tehnologia TMR (magnetorezistență tunel) și sunt conformi cu documentul AEC-Q100 (AEC – Automotive Electronics Council)

TDK susține dezvoltarea de produse cerute pe piață prin inovații constante bazate pe portofoliul de produse și soluțiile unei game largi de senzori și sisteme de senzori care acoperă subiecte din domenii vitale: starea unui obiect, mediul și mișcarea.

Senzori magnetici pentru controlul unui vehicul
Starea unui vehicul este supravegheată prin sesizarea a 4 categorii de parametri: Poziționare, Unghi, Curent, Cuplu mecanic.

Poziționare: senzori liniari Hall, senzori unghi TMR.

Unghi: senzori de unghi TMR, senzori de unghi direct.
TDK oferă atât senzori TMR, cât și senzori cu efect Hall pentru măsurarea unghiului.

Senzori magnetici de unghi din seria TDK TAS Senzorii magnetici de unghi din seria TDK TAS includ tehnologia TMR de înaltă precizie folosită la detectarea înregistrărilor magnetice în unitățile HDD. Oferă un semnal cu nivel mare, precizie și stabilitate ridicate, cu deteriorare scăzută prin îmbătrânire. Senzorii de unghi din seria TAS sunt disponibili cu ieșire diferențială 1.5Vp-p / 3Vp-p @ 5V și precizie unghiulară de ± 0.6º / ± 0.8º. Au stabilitate la temperatură scăzută, consum redus de energie și pot detecta unghiuri de la 0° la 360°. Senzorii de unghi TAS sunt ideali pentru diverse aplicații, inclusiv poziția unei pedale, motoare fără perii și aplicații cu cerințe legate de unghiul de direcție. Aplicații: Unghiuri de direcție; Poziția pedalei; Deschiderea supapei de accelerație; Motoare fără perii; Motoare pentru ștergătoare.

Senzorii de unghi TMR sunt senzori cu ieșire în diverse game, de înaltă precizie și stabilitate ridicată, care aplică tehnologia TMR (Tunnel Magneto Resistance), care a arătat rezultate excelente în capetele magnetice HDD, la dimensiuni mici.

Magneți TDK pentru senzori de unghi TMR Magneții TDK pentru senzorii de unghi bazați pe magneto-rezistență tunel (TMR) distribuie un câmp magnetic pentru a reduce erorile unghiulare. Magneți oferă o fiabilitate ridicată și o magnetizare suficientă pentru a minimiza eroarea de unghi. Magneții pentru senzorii unghiulari TMR au o robustețe ridicată la mediul din zona dintre magnet și senzorul unghiular TMR. Aplicațiile tipice includ senzori de unghi EPS, sistemul de control al motorului ștergătorului și un senzor de unghi auto.

Senzorii Hall de unghi direct, utilizează tehnologia 3D HAL cu plăci Hall verticale suplimentare pentru a permite măsurarea componentelor câmpului magnetic pe 3 direcții în planul cipului. Acești senzori oferă un semnal de ieșire, proporțional cu unghiul și informațiile de poziție.

Senzorul Hall liniar nu are o stare de comutare discretă, fiindcă oferă un semnal proporțional cu intensitatea câmpului magnetic. Acest semnal de ieșire poate fi livrat ca o tensiune de ieșire analogică, un semnal modulat la lățimea impulsului (PWM) sau chiar ca un protocol de magistrală modern (SENT).

Sunt disponibile diferite încapsulări: SMD cu terminale, configurație cu un cip simplu sau dublu, cu sau fără condensatori integrați. Senzorii liniari Hall de la TDK-Micronas sunt proiectați pentru aplicații industriale și auto în medii dure.

Amănunte: https://www.tdk.com/tech-mag/front_line/007

Curent

Senzori de curent alternativ cu cleme de montare pe cablu, senzori magnetici de curent.

TDK își valorifică punctele forte ca primul producător din lume care oferă produse magnetice cu ferită pentru performanțe optime ale produselor. Senzorul de curent alternativ cu clemă a fost dezvoltat pentru a utiliza la maximum caracteristicile feritei. Pentru extinderea pieței sistemelor de management a energiei încadrate în Standardul Industry 4.0, TDK a creat o gamă de senzori de curent alternativ compatibili cu cerințele de a măsura curenți mari, de la 30A până la 600A. Aceste produse sunt cleme de tip one-touch, pentru atașare ușoară la echipamentele electrice existente. Un exemplu este CUR 423x − senzor de câmp magnetic fără contact, sensibil pe o singură axă pentru măsurători de curent DC și AC izolate galvanic. Tehnologia de detectare Tunnel Magneto Resistance (TMR) permite măsurarea curentului cu sensibilitate ridicată și precizie înaltă în aplicații noi precum sistemele de monitorizare a bateriei vehiculelor hibride și electrice (xEV).

Detectarea curentului

Senzorii CUR 423x măsoară câmpul magnetic, izolat galvanic, pe o singură axă, generat de curentul DC și AC în aplicații auto și industriale. Senzorul CUR 423x permite măsurători de curent cu sensibilitate și precizie ridicate în aplicații de mare putere. Circuitele de alimen­tare și de detectare izolate galvanic prezintă un avantaj în sistemele de monitori­zare a bateriei de înaltă tensiune ale vehiculelor hibride și electrice (xEV).

https://www.micronas.tdk.com/en/products/current-sensing/cur-423x

Familia de senzori HAL® 37xy
Senzorii Micronas HAL® 37xy sunt a doua generație de senzori de unghi care utilizează tehnologia 3D HAL patentată de Micronas. Tehnologia 3D HAL oferă performanțe îmbunătățite, cu o eroare unghiulară cu 30% mai mică decât prima generație. Această tehnologie funcționează și cu câmpuri magnetice de până la ± 20mT. Senzorii pot măsura componentele câmpului magnetic BX, BY și BZ pentru a permite un set de aplicații cu detectarea poziției. Procesarea semnalului pe cip calculează unghiul dintre două componente ale câmpului magnetic și transformă această valoare într-un semnal de ieșire.
Senzorii HAL 37xy au performanțe excelente la derivă în intervalul de temperatură specificat, oferind o nouă clasă de precizie pentru măsurători unghiulare sau liniare și prezintă o caracteristică liniară programabilă pentru liniarizarea semnalului de ieșire. Caracteristicile majore pot fi ajustate la circuitul magnetic prin programarea memoriei nonvolatile. Senzorii conțin, de asemenea, funcții de diagnosticare la bord care îmbunătățesc detectarea în condiții de siguranță. Seria HAL 37xy este proiectată pentru aplicații auto și industriale. Gama de temperatură a joncțiunii funcționează de la -40°C la 170°C.
Senzorii HAR 37xy sunt versiunea dual-die a familiei HAL 37xy. Sunt disponibili în capsule SOIC8 ca și HAL 37xy. Fiecare senzor oferă o redundanță reală, fiind format din două cipuri independente stivuite într-un singur pachet. Arhitectura stivuită asigură că ambele cipuri simt aceeași poziție a câmpului magnetic, gene­rând ieșiri de măsurare sincrone. Funcționarea cu câmpuri magnetice până la ± 20 mT este posibilă datorită tehnologiei îmbunătățite. HAL 3715 și HAL 372x oferă un semnal de ieșire analogic liniar, proporțional, cu detecție integrată a ruperii firelor, funcționând cu rezistențe pull-up sau pull-down. HAL 373x are ieșire digitală precum PWM și SENT SAEJ2716 rev. 2010. Formatul de ieșire digitală este programabil.

https://ro.mouser.com/new/micronas/micronas-HAL-37xy-sensors/

Cuplu mecanic: Hall swich.
Un senzor de tip comutator Hall măsoară intensitatea câmpului magnetic și îl compară cu un nivel fix de prag predefinit sau programabil în senzor. Dacă această valoare este depășită (nivel de comutare), starea de comutare la ieșirea senzorului se schimbă.

Familia HAL 39xy − senzori de poziție Hall 3D programabili 4 tipuri de măsurători: poziție liniară, unghi de rotație 180° sau 360°, câmp magnetic 3D pe axele x, y și z Compensează un câmp magnetic apărut accidental.

TDK-Micronas oferă 2 familii de comutatoare Hall, ambele echipate cu o placă Hall compensată cu temperatură și compensare activă de offset.

HAL 1002 are nivele de comutare programabile și comportament de comutare programabil prin modularea tensiunii de alimentare. Toleranțele senzorului, magnetului și poziționării mecanice pot fi compensate pentru ansamblul final. Compensarea temperaturii senzorului Hall comutator poate fi adaptată tuturor materialelor magnetice obișnuite. Acest lucru permite funcționarea pe întreaga gamă de temperatură cu nivele de comutare constante. HAL 1002 este conceput pentru a fi utilizat în medii ostile industriale și auto.

HAL 15xy este o familie formată din comutatoare Hall ASIL ready special creată pentru aplicații cu cerințe critice pentru siguranță. Dispozitivele HAL 15xy sunt disponibile ca versiune cu 3 fire, cu ieșire open-drain protejată la scurtcircuit și ca versiune cu 2 fire. Familia HAL 15xy este disponibilă în cele mai mici capsule SOT23 și TO92UA și oferă un consum redus de energie, timpi de răspuns rapid și caracteristici speciale de siguranță, precum un autotest unic la pornirea alimentării. Cu diferite versiuni la nivelul de comutare, familia de comutatoare HAL 15xy servește o mare varietate de aplicații auto și industriale în condiții de temperatură extrem de dure.

Senzori TMR

Senzorii TMR ai TDK sunt un nou tip de senzori magnetici care utilizează un element TMR, care reproduce un cap magnetic HDD foarte sensibil. Începând cu anii 1980, s-a promovat o îmbună­tățire semnificativă a densității de înregistrare a HDD-urilor, în timp ce au evoluat în elemente AMR (magnetorezistență anizotropă), elemente GMR (magnetorezistență gigant) și elemente TMR (magnetorezistență tunel).

Un element TMR e un film subțire cu o structură în care un strat barieră dintr-un izolator subțire de 1 … 2 nm este intercalat între două straturi feromagnetice (strat liber / strat fix, strat pin). Direcția de magnetizare a stratului pin este fixă, iar direcția de magnetizare a stratului liber se modifică în funcție de direcția câmpului magnetic extern. Rezistența electrică a elementului TMR se schimbă odată cu această modificare a stratului liber.

Principiul TMR: când direcțiile de magnetizare ale stratului liber și ale stratului pin sunt paralele, rezistența devine mică și curge un curent mare. Când direcțiile de magnetizare ale stratului liber și ale stratului pin sunt antiparalele, rezistența devine mare și curge doar un curent mic.

https://product.tdk.com/en/products/magnet/pdf/tmr-magnet_en.pdf

Ieșirea unui senzor TMR este de 20 de ori mai mare decât cea a unui senzor AMR și de 6 ori mai mare decât cea a unui senzor GMR.

https://product.tdk.com/info/en/products/sensor/angle/tmr_angle/technote/tpo/index.html

Senzori dintr-o singură sursă cu competență extinsă: TDK
Produse comercializate sub mărcile TDK, EPCOS, InvenSense, Micronas, Tronics și TDK-Lambda.

  1. Senzori de măsurare a temperaturii NTC (TDK și EPCOS)
  2. Termistori SMD NTC (EPCOS)
  3. Senzori de nivel (EPCOS)
  4. Senzori de temperatură limită (EPCOS)
  5. Senzori de protecție a motorului (EPCOS)
  6. Elemente senzori de presiune (EPCOS)
  7. Traductor de presiune cu transmițător (EPCOS)
  8. Senzori de curent AC cu fixare prin clemă (TDK)
  9. Senzori piezoelectrici de nivel pulbere – toner (TDK)
  10. Senzori de dinți ai transmisiei (TDK)
  11. Senzori de potențial de suprafață (TDK)
  12. Senzori de umiditate (TDK)
  13. Senzori magnetici de densitate / cantitate (TDK)
  14. Senzori magnetici pentru măsurarea unghiurilor (TDK-Micronas)
  15. Giroscoape MEMS (Tronics)
  16. Accelerometre MEMS (Tronics)


Autor:
Constantin Savu

Director General – Ecas Electro

DESPRE AUTOR
Dl. Constantin Savu este inginer electronist cu o experiență de peste 30 ani în domeniul componentelor electronice și al selectării acestora pentru aplicații. Fiind bun cunoscător al componentelor și al tehnologiei de fabricație a modulelor electronice cu aplicații în domeniile industrial și co­mercial, coordonează direct producția la firma de profil Felix Electronic Services.

ECAS Electro asigură apro­vizionarea cu produse TDK.

Detalii tehnice
Ing. Emil Floroiu   |   emil@floroiu.ro
birou.vanzari@ecas.ro

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile necesare sunt marcate *

  • Folosim datele dumneavoastră cu caracter personal NUMAI pentru a răspunde comentariilor/solicitărilor dumneavoastră.
  • Pentru a primi raspunsuri adecvate solicitărilor dumneavoastră, este posibil să transferăm adresa de email și numele dumneavoastră către autorul articolului.
  • Pentru mai multe informații privind politica noastră de confidențialitate și de prelucrare a datelor cu caracter personal, accesați link-ul Politica de prelucrare a datelor (GDPR) si Cookie-uri.
  • Dacă aveți întrebări sau nelămuriri cu privire la modul în care noi prelucrăm datele dumneavoastră cu caracter personal, puteți contacta responsabilul nostru cu protecția datelor la adresa de email: gdpr@esp2000.ro
  • Abonați-vă la newsletter-ul revistei noastre