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，簡單小試后，她驚訝地發(fā)現(xiàn)這個位置傳感器能記錄 46 圈，也就是0°至 16,560°的絕對測量范圍。她認為，這水準(zhǔn)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

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

簡單的科普下編碼器原理：編碼器（encoder）是將物理信號，如旋轉(zhuǎn)角度、直線位移等，轉(zhuǎn)換為電信號，也就是脈沖、編碼等。根據(jù)編碼器的刻盤方式、結(jié)構(gòu)和工作原理、應(yīng)用場景、讀取方式等來分類，編碼器的種類有很多，其中光學(xué)和磁編碼器應(yīng)用最為廣泛。

光學(xué)編碼器通常是由光柵盤和光電檢測裝置組成。光柵盤在一定直徑的圓板上等分的開通若干個長方形孔。由于光電碼盤與電機同軸，當(dāng)電機旋轉(zhuǎn)時，光柵盤與電機同速旋轉(zhuǎn)，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，通過統(tǒng)計脈沖的數(shù)量，就可以計算出旋轉(zhuǎn)的角度。

在正常通電的情況下，編碼器可以提供真實的位置信息。如果意外斷電了，會發(fā)生什么情況呢？這時，編碼器只能提供單圈360°的真通電TPO（True Power-On）位置信息。舉個例子，在自動化工廠、協(xié)作機器人等應(yīng)用中，斷電重啟后，系統(tǒng)需要重新歸并初始化位置，對設(shè)備來說既存在安全風(fēng)險，又浪費時間。編碼器想要得到更寬測量范圍的TPO位置信息，系統(tǒng)需要使用一個備用電源來跟蹤和記憶意外斷電后單個傳感器的多次旋轉(zhuǎn)情況，或者在設(shè)備中增設(shè)齒輪減速機構(gòu)，將多次旋轉(zhuǎn)減少至單圈，并與單圈傳感器結(jié)合使用，來查找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，還會讓系統(tǒng)過于笨重。有沒有更加簡單的方案呢？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(xiàn)已成為全球排名第一的電子元器件授權(quán)代理商。

先簡單的介紹下這個Demo的構(gòu)成：

整套Demo可以分成三個部分，首先是機械部分，一根絲桿，一個滑臺，一個搖柄連接在一起，手動旋轉(zhuǎn)搖柄，滑臺就會運動；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(zhuǎn)搖柄，絲桿帶著滑臺運動，傳感器測到的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)線傳輸?shù)綆в蠥DI的MAX32620 MCU主控的電路板上，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，在OLED顯示屏上顯示當(dāng)前滑臺的距離與旋轉(zhuǎn)角度。

在整套Demo中，核心部分就是傳感器板。 在這個傳感器板上，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時的角度和距離情況。通過這套demo，我們可以看到它是可以實時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(shù)據(jù)。

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ADMT4000有什么厲害之處？

先來看看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(zhuǎn)，無需電源或接觸? 可以提供 46 圈（0° 至16,560°）的絕對測量范圍，精度為+/-0.25°? 可以簡化電機設(shè)計，減少方案尺寸、重量和成本：結(jié)合單圈傳感器，取代齒輪減速機構(gòu)；取代線性傳感器，包括線束和連接器；當(dāng)電源中斷或關(guān)閉時，無需為機械運動監(jiān)控的系統(tǒng)持續(xù)供電。ADMT4000是怎么實現(xiàn)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)元件的多個納米線組成的，具有形狀各向異性特性。在外部磁場的情況下，在疇壁生成器中生成疇壁。當(dāng)外部磁場旋轉(zhuǎn)時，疇壁通過附著于疇壁生成器的窄螺旋軌道（納米線）傳播。當(dāng)疇壁通過螺旋支腿結(jié)構(gòu)時，每個螺旋支腿元件的狀態(tài)都會發(fā)生變化。傳感器內(nèi)部都是由GMR材料制成，可以通過測量電阻來確定每個元件的狀態(tài)。

所以，ADMT4000不僅僅是一個傳感器，它是GMR多圈傳感器與高精度AMR角度傳感器、集成信號調(diào)理IC結(jié)合成的一個“大”芯片。ADMT4000可以無源、非接觸地跟蹤多圈旋轉(zhuǎn)，無需電源或物理接觸即可實現(xiàn)精確位置監(jiān)測，安裝方便，這些特性讓ADMT4000在很多應(yīng)用中都發(fā)揮著重要的作用。

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(jié)的位置跟蹤，以及自動化生產(chǎn)線設(shè)備的位置監(jiān)測。尤其是對于大型設(shè)備如起重機和升降機，ADMT4000能在停電時持續(xù)跟蹤其位置，有效預(yù)防事故的發(fā)生。

而在汽車應(yīng)用中，隨著汽車電動化的發(fā)展，在自動輔助駕駛ADAS、電動助力轉(zhuǎn)向線控轉(zhuǎn)向器等應(yīng)用中，ADMT4000符合汽車安全標(biāo)準(zhǔn)，被廣泛應(yīng)用。

最后總結(jié)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(shè)計的項目中， 有 斷電情況仍然要保持位置數(shù)據(jù)不間斷的需求 ，強烈建議你試一試ADMT4000 。當(dāng)然，如果你對真通電TPO位置信息感興趣，也可以來了解ADMT4000的更多信息。