Для того чтобы с высокой точностью управлять работой электродвигателя, необходимо контролировать положение его вала. Наиболее часто для этих целей используются оптические, магнитные или механические энкодеры, а также датчики Холла. Компания Cambridge IC предлагает альтернативное решение этой задачи в виде индуктивных резонансных датчиков CAM502.
 |
|
| Рис. 1. | Микросхема индуктивно-резонансного датчика CAM502 от Cambridge IC. |
Сейчас совершенно невозможно представить себе современный станок, не использующий различные датчики положения. Они необходимы как для определения линейных перемещений, так и для определения положения вала двигателя. Для этих целей используют оптические, магнитные или механические энкодеры, а также датчики Холла. Каждый из перечисленных сенсоров имеет достоинства и недостатки.
Оптические датчики чувствительны к уровню запыленности. Большинство энкодеров, даже с бесконтактным способом определения положения (например, магнитным или оптическим), все равно используют в своей конструкции подшипники, что уменьшает срок их эксплуатации. Более того, они требуют высокой точности установки на валу. Индуктивно-резонансные датчики свободны от этих ограничений. Именно их и предлагает применять компания Cambridge IC.
Схема измерений, используемая Cambridge IC, предполагает наличие трех ключевых элементов (Рис. 2):
- подвижного объекта с установленной на нем платой резонансного LC-контура;
- платы датчика с обмоткой возбуждения и обмотками обратной связи;
- платы с микросхемой датчика (например, CAM502), которая производит обсчет положения объекта.
Интересно, что это решение позволяет создавать как датчики вращательного типа, так и датчики линейного перемещения. Разница между ними будет заключаться только в форме и взаимном расположении печатной платы резонатора и платы датчика с обмотками обратной связи и возбуждения.
 |
|
| Рис. 2. | Схема измерений, предлагаемая компанией Cambridge IC. |
Вне зависимости от конфигурации плат датчика принцип работы такой схемы оказывается одинаковым и состоит из трех этапов (Рис. 3).
 |
|
| Рис. 3. | Принцип работы измерительной системы с индуктивно-резонансным датчиком. |
На первом этапе микросхема датчика генерирует сигнал возбуждения с помощью пары внешних миниатюрных полевых транзисторов. Этот сигнал подается на обмотку возбуждения. Сформированное переменное электромагнитное поле возбуждает LC-контур на заданной резонансной частоте. Происходит накопление энергии в контуре.
На втором этапе сигнал возбуждения прекращается. При этом LC-контур самостоятельно генерирует электромагнитное поле, которое наводит сигнал на обмотках обратной связи SIN и COS. Микросхема датчиков измеряет амплитуды каждого из этих сигналов.
На последнем этапе по измеренным значениям вычисляется положение объекта.
Такая схема измерений имеет ряд преимуществ:
- высокая устойчивость к температурным изменениям;
- высокое разрешение и частота измерений;
- устойчивость к высокому уровню запыленности;
- не требуется точного выставления зазора между платами резонатора и датчика.
Впрочем, все это возможно только при наличии соответствующей микросхемы датчика. Компания Cambridge IC предлагает для разработчиков микросхему CAM502.
CAM502 – миниатюрный индуктивно-резонансный датчик, позволяющий производить измерения с разрешением до 18 бит при частоте до 5100 изм/с. При этом задержка от начала измерений до готовности к передаче данных в управляющий контроллер составляет 140 мкс. Связь с контроллером осуществляется с помощью быстродействующего SPI (до 10 Мбит/с).
CAM502 выпускается в миниатюрном корпусе 28-QFN размером 6×6×0.9 мм.
Для работы с CAM502 используются платы резонатора и платы датчика с обмотками обратной связи и возбуждения. На Рис. 4 представлен пример набора для датчика вращения от Cambridge IC.
 |
|
| Рис. 4. | Пример набора плат для датчика вращения от Cambridge IC. |
Плата датчика Type 6 содержит обмотки обратной связи и возбуждения и имеет форму окружности. Стоит отметить, что для линейных датчиков используется другая плата – Type 2 различных модификаций. Именно к Type 6 или Type 2 подключается CAM502.
На Рис. 4 приведена стандартная плата резонатора от от Cambridge IC. Она имеет С-образную форму для простого монтажа на вал. На ней резонансные индуктивности разнесены на 180º для компенсации несоосного расположения плат датчика. Интересной особенностью платы резонатора является тот факт, что она может быть разработана и произведена потребителем самостоятельно в зависимости от его конкретных требований.
Еще одним преимуществом данного датчика вращения является возможность использования полых валов, что удобно для прокладки монтажных проводов.
Стоит отметить, что один датчик CAM502 может использоваться для пары осей (Рис. 5).
 |
|
| Рис. 5. | Использование одного датчика CAM502 в системе с двумя осями. |
Чтобы максимально быстро познакомиться со всеми особенностями CAM502, следует воспользоваться набором разработчика CAM502 Development Board (Рис. 6). Это печатная плата, на которой размещена микросхема CAM502 и к которой подключаются как платы линейных датчиков Type 2, так и платы датчиков вращения Type 6.
Взаимодействие с CAM502 Development Board производится с помощью SPI (выведен на отдельный разъем). Возможна также реализация интерфейса RS485/ 422. Кроме того, на плате дополнительно размещен АЦП, который формирует аналоговый сигнал обратной связи.
 |
|
| Рис. 6. | CAM502 Development Board. |
В качестве итога хотелось бы обобщить все преимущества, которые сулит решение, предложенное компанией Cambridge IC:
- высокая точность и плавность измерений;
- высокая чувствительность и разрешающая способность;
- определение абсолютного положения объекта;
- низкая чувствительность к точности монтажа и выставляемых зазоров;
- отсутствие необходимости в калибровке;
- стойкость к высокому уровню запыления;
- устойчивость к вибрациям;
- возможность создания собственных датчиков.
Все это делает возможным применение CAM502 не только в промышленных приложениях, но и в электромобилях, системах HVAC, лабораторном оборудовании и т.д.
Характеристики микросхемы CAM502BE-0003:
- тип: микросхема индуктивного датчика положения;
- типы поддерживаемых плат датчиков: Type 2 (плата датчика линейного перемещения) и Type 6 (плата датчика вращения);
- количество подключаемых датчиков: 2 (до двух осей);
- разрешение: до 15 бит без фильтрации, до 18 бит с фильтрацией;
- частота измерений: до 5100 изм/с;
- суммарная задержка от начала измерения до готовности передачи данных по SPI: 140 мкс;
- коммуникационный интерфейс: SPI до 10 Мбит/с;
- порты ввода/ вывода общего назначения: 4;
- диапазон напряжений питания: 3.0…3.6 В;
- диапазон рабочих температур: –40…125 °C;
- корпусное исполнение: 6×6×0.9 мм 28-выводной QFN.
Характеристики платы CAM502 Development Board:
- микросхема индуктивного датчика CAM502;
- отдельные разъемы для подключения плат датчиков Type 2 и Type 6;
- работа с напряжением 3.3 В или 5 В;
- разъем для SPI-интерфейса;
- ЦАП для реализации аналогового интерфейса;
- опциональный асинхронный последовательный интерфейс.
Посмотреть подробнее характеристики индуктивно-резонансных датчиков от Cambridge
