本文介紹了有關設計過程的一些指導原則，該設計過程采用了旨在進行線性位置傳感的角度傳感器集成電路（IC），以及磁體的選擇和方向，輸出線性化，以及采用傳感器IC陣列來擴大測量范圍。還提供了許多磁體和感應長度的測試數據，以顯示這些解決方案的理論精度和實際精度之間的匹配程度。

介紹

準確，低成本和非接觸式線性位置感測通常使用條形磁鐵和磁性傳感器IC或傳感器IC陣列來實現。磁鐵附著在移動物體上，傳感器的位置使磁鐵滑動。看到的典型配置和磁場如圖1所示。隨著磁體在x方向上滑動，y方向上的磁場看起來像是一個正弦波，磁場與位置的關系在x = 0周圍呈線性。

圖1多個氣隙的磁場與條形磁鐵的位置的關系磁鐵的長度在所有圖中均按比例繪制。

這種線性位置感測方法存在一些挑戰，包括：

• 傳感器IC和磁鐵之間的氣隙變化會導致測量錯誤。
• 磁場強度隨溫度變化會導致測量誤差。
• 磁場與位置呈線性關系的測量范圍被限制為磁體長度的50％左右，因此需要比被測行程長得多的磁體。

通過測量磁場角度與位置的關系，可以解決所有這三個問題。

• 在應用中看到的典型變化范圍內，視場角與位置的關系相對于氣隙幾乎相同。圖2顯示，角度與位置相對于位置幾乎是恒定的，盡管隨著氣隙公差變大，它的確發生了一些變化。
• 視場角與場強無關。
• 磁場角在大部分磁體長度上與位置呈線性關系，并且通過線性化，可以檢測到磁體長度的150％或更大的行程長度。圖3顯示了在測量By（y方向上的磁場）的情況和測量磁場角的情況下，線性化為標稱氣隙后，誤差與氣隙在整個氣隙上的位置的關系。使用By方法時，對于所示的16 mm磁體，只能感測10 mm的行程，精度為0.5 mm（氣隙公差為±0.5 mm）。但是，使用角度法，對于相同的物理配置，可以檢測到超過30 mm的行程，精度為±0.5 mm，基本上是線性檢測范圍的三倍。

Allegro A1335磁性角度傳感器IC非常適合使用上述角度方法進行線性位置感測，因為它提供了超出精確角度測量范圍的高級功能，例如：

• 角度測量的分段線性化。這允許補償磁體末端附近的角度與位置曲線的非線性，從而將線性感測區域擴展到磁體邊緣之外。這也允許將角度輸出相對于位置的斜率調節至任何期望值。
• 可尋址的I2C / SPI / SENT： 這允許將陣列中的多個IC放在同一條總線上。
• 角度輸出鉗位：此功能對于使用多個IC的系統很有用，因為鉗位可用于幫助MCU識別哪些傳感器IC超出范圍，哪些應用于確定位置。

圖2多個氣隙的條形磁鐵的磁場角與位置的關系。

圖3標稱氣隙線性化后，按場和角度感應的誤差與位置的關系。

基本系統配置

A1335采用TSSOP-14封裝（對于需要冗余的系統，則為雙芯片TSSOP-24），并測量與封裝平面內磁場的角度。這意味著對于線性位置感測，IC需要垂直于磁體運動定向，如圖4所示。有效氣隙是指從磁感測陣列（圓形垂直霍爾傳感器）的中心到邊緣的距離。的磁鐵。CVH在A1335中偏離中心，因此可以根據需要使用它來幫助增加或減少系統中的氣隙。

圖4使用A1335的系統配置

設計用于線性傳感的磁性系統

必須為要測量的行程長度選擇合適的磁體尺寸和標稱氣隙，以創建具有所需精度的系統。主要，系統需要設計為：

• 磁角通常與位置成線性關系。
• 磁角相對于系統的氣隙公差足夠恒定。
• 磁場強度高于基于CVH的傳感器IC所需的最小值，約為300高斯。