46圈，16,560°！什么樣的位置傳感器能做到！

關(guān)于電機控制位置信息的獲取，你們都是用什么方法？編碼器？霍爾傳感器？最近，B站KOL達爾聞的妮姐收到了一套位置傳感器demo，簡(jiǎn)單小試后，她驚訝地發(fā)現這個(gè)位置傳感器能記錄 46 圈，也就是0°至 16,560°的絕對測量范圍。她認為，這水準在業(yè)界可以排得到第一位了。

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TPO位置信息的獲取

工廠(chǎng)自動(dòng)化設備對機械部件的控制，機器人、機械臂精準的移動(dòng)和操作，汽車(chē)的無(wú)人駕駛、功能安全，智能家居中各種家用設備的控制，醫療設備手術(shù)的精準和安全，這些與我們息息相關(guān)的應用，都離不開(kāi)位置測量。如何獲得精準的位置信息呢？一般大家脫口而出的肯定是使用編碼器。

簡(jiǎn)單的科普下編碼器原理：編碼器（encoder）是將物理信號，如旋轉角度、直線(xiàn)位移等，轉換為電信號，也就是脈沖、編碼等。根據編碼器的刻盤(pán)方式、結構和工作原理、應用場(chǎng)景、讀取方式等來(lái)分類(lèi)，編碼器的種類(lèi)有很多，其中光學(xué)和磁編碼器應用最為廣泛。

光學(xué)編碼器通常是由光柵盤(pán)和光電檢測裝置組成。光柵盤(pán)在一定直徑的圓板上等分的開(kāi)通若干個(gè)長(cháng)方形孔。由于光電碼盤(pán)與電機同軸，當電機旋轉時(shí)，光柵盤(pán)與電機同速旋轉，經(jīng)發(fā)光二極管等電子元件組成的檢測裝置檢測輸出若干脈沖信號，通過(guò)統計脈沖的數量，就可以計算出旋轉的角度。

在正常通電的情況下，編碼器可以提供真實(shí)的位置信息。如果意外斷電了，會(huì )發(fā)生什么情況呢？這時(shí)，編碼器只能提供單圈360°的真通電TPO（True Power-On）位置信息。舉個(gè)例子，在自動(dòng)化工廠(chǎng)、協(xié)作機器人等應用中，斷電重啟后，系統需要重新歸并初始化位置，對設備來(lái)說(shuō)既存在安全風(fēng)險，又浪費時(shí)間。編碼器想要得到更寬測量范圍的TPO位置信息，系統需要使用一個(gè)備用電源來(lái)跟蹤和記憶意外斷電后單個(gè)傳感器的多次旋轉情況，或者在設備中增設齒輪減速機構，將多次旋轉減少至單圈，并與單圈傳感器結合使用，來(lái)查找TPO的多圈位置信息。這些方案雖然可行，但是需要額外的成本，還會(huì )讓系統過(guò)于笨重。有沒(méi)有更加簡(jiǎn)單的方案呢？有！

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ADMT4000多圈位置傳感器方案

文曄向達爾聞推薦了一套Demo，讓妮姐找到了更好的記錄TPO位置信息的方案。WT文曄科技已完成收購ADI老牌代理商世健, 再加上收購了富昌電子，文曄現已成為全球排名第一的電子元器件授權代理商。

先簡(jiǎn)單的介紹下這個(gè)Demo的構成：

整套Demo可以分成三個(gè)部分，首先是機械部分，一根絲桿，一個(gè)滑臺，一個(gè)搖柄連接在一起，手動(dòng)旋轉搖柄，滑臺就會(huì )運動(dòng)；第二部分是傳感器電路板，與絲桿非常緊密靠近；第三是信號處理與顯示部分，旋轉搖柄，絲桿帶著(zhù)滑臺運動(dòng)，傳感器測到的數據通過(guò)數據線(xiàn)傳輸到帶有ADI的MAX32620 MCU主控的電路板上，經(jīng)過(guò)數據處理，在OLED顯示屏上顯示當前滑臺的距離與旋轉角度。

在整套Demo中，核心部分就是傳感器板。 在這個(gè)傳感器板上，我們看到使用的是ADMT4000，這是ADI推出的多圈位置傳感器，也就是文章開(kāi)頭提到的可以記錄 46 圈（0°至 16,560°）絕對測量范圍的位置傳感器 。

上電之后，手搖搖柄，可以在屏幕上看到實(shí)時(shí)的角度和距離情況。通過(guò)這套demo，我們可以看到它是可以實(shí)時(shí)精確地測量位置信息的，并且斷電重啟之后，依然有記錄的數據。

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ADMT4000有什么厲害之處？

先來(lái)看看ADMT4000都有哪些特別的地方：

? 業(yè)界率先發(fā)布的單芯片多圈和角度位置傳感器，跟蹤多圈旋轉，無(wú)需電源或接觸? 可以提供 46 圈（0° 至16,560°）的絕對測量范圍，精度為+/-0.25°? 可以簡(jiǎn)化電機設計，減少方案尺寸、重量和成本：結合單圈傳感器，取代齒輪減速機構；取代線(xiàn)性傳感器，包括線(xiàn)束和連接器；當電源中斷或關(guān)閉時(shí)，無(wú)需為機械運動(dòng)監控的系統持續供電。ADMT4000是怎么實(shí)現上面這些特性的呢？

這與ADMT4000的材料以及工作原理息息相關(guān)。ADMT4000的核心是螺旋狀GMR材料，這種材料是由巨磁電阻(GMR)元件的多個(gè)納米線(xiàn)組成的，具有形狀各向異性特性。在外部磁場(chǎng)的情況下，在疇壁生成器中生成疇壁。當外部磁場(chǎng)旋轉時(shí)，疇壁通過(guò)附著(zhù)于疇壁生成器的窄螺旋軌道（納米線(xiàn)）傳播。當疇壁通過(guò)螺旋支腿結構時(shí)，每個(gè)螺旋支腿元件的狀態(tài)都會(huì )發(fā)生變化。傳感器內部都是由GMR材料制成，可以通過(guò)測量電阻來(lái)確定每個(gè)元件的狀態(tài)。

所以，ADMT4000不僅僅是一個(gè)傳感器，它是GMR多圈傳感器與高精度AMR角度傳感器、集成信號調理IC結合成的一個(gè)“大”芯片。ADMT4000可以無(wú)源、非接觸地跟蹤多圈旋轉，無(wú)需電源或物理接觸即可實(shí)現精確位置監測，安裝方便，這些特性讓ADMT4000在很多應用中都發(fā)揮著(zhù)重要的作用。

在工業(yè)領(lǐng)域，特別是在停電或斷電情況下，ADMT4000能夠確保機器人及協(xié)作機器人手臂關(guān)節的位置跟蹤，以及自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)設備的位置監測。尤其是對于大型設備如起重機和升降機，ADMT4000能在停電時(shí)持續跟蹤其位置，有效預防事故的發(fā)生。

而在汽車(chē)應用中，隨著(zhù)汽車(chē)電動(dòng)化的發(fā)展，在自動(dòng)輔助駕駛ADAS、電動(dòng)助力轉向線(xiàn)控轉向器等應用中，ADMT4000符合汽車(chē)安全標準，被廣泛應用。

最后總結一下，編碼器、霍爾傳感器也許是你最熟悉的位置傳感器，但如果你正在設計的項目中， 有 斷電情況仍然要保持位置數據不間斷的需求 ，強烈建議你試一試ADMT4000 。當然，如果你對真通電TPO位置信息感興趣，也可以來(lái)了解ADMT4000的更多信息。