一、前言
位置传感器被广泛应用于各种工业环境和商业中，从高端军用、航空航天到医疗、发电、过程控制/工厂自动化，再到低成本的汽车和家用电器。使用位置传感器的领域越来越多，特别是在工业环境中对它们的需求越来越大。
那么本文就来看看相关公司提出了哪些新产品，以及它们在监测技术方面做了哪些推进和创新？
位置传感器对于所有类型的电机（如无刷直流电机、同步磁阻电机 (SynRM)、感应电机、步进电机等）的操作和控制（尤其是闭环控制）来说都是必不可少的。
根据不同的应用，使用的传感器技术可能有所不同。当为一个应用选择传感器时，一些主要的考虑因素通常包括线性度、精度、分辨力、工作温度、电源要求、隔离、环境坚固性、尺寸和成本。
上图是磁阻效应传感器的原理图，图中展示了它如何在电动助力转向应用中感知无刷直流电动机的转子位置。
由于有这么多的使用案例，有广泛的电机类型，各种类型的位置监测方法有霍尔效应传感器、光学编码器、电感编码器、转速计和衍生方法。更具体地说，这些可用于检测阀门、执行器、换档器或电机控制中的位置。一些位置监测技术可以感知物体的绝对或相对运动。
由于位置监测有如此多的选择，最近发布的三款产品展示了不同公司为实现其目标而进行的创新和调整。
二、TDK实现杂散磁场补偿
顺应汽车的电动化趋势，汽车里有越来越多的电机和大电流电缆，它们都会产生杂散磁场。其实可以说所有应用都需要或多或少的杂散场抗扰度，具体需求则要视精度要求、在车辆中的位置以及自然屏蔽效果等因素而定。
TDK 出品的HAC® 39xy* 系列扩展了其Micronas 3D HAL 传感器产品组合，具备杂散场补偿功能，可用于汽车和工业应用中的杂散场稳健位置检测。这种杂散场通常由混合动力或全电动汽车中的电动机或电力线产生。
TDK声称，这些器件通过使用霍尔板阵列来抑制外部杂散磁场的干扰。其核心技术是获得专利的 3D 霍尔像素单元。据官方介绍这类传感器可进行高达35毫米的线性测量或360度的角度测量，能够直接测量 X、Y、Z 三个方向的磁通量，提供3D位置检测能力。
下图是 HAL 39xy结构，由于采用了集成电容，HAC 39xy符合严格的系统级静电放电（ESD）和电磁兼容性（EMC）要求，而且不需要PCB，从而减少了系统的总尺寸和成本。
该器件的目标是用于涡轮增压器执行器、冷却阀、制动冲程位置感应、充电连接器锁的位置检测以及传动系统和底盘等应用。
三、Melexis的增强型位置传感器IC
为了实现与HAC 39xy类似的功能和应用，Melexis最近推出了一种具有竞争力的非接触式位移传感器产品。MLX90421和MLX90422传感器芯片，是基于Melexis专有的Triaxis高精度磁传感技术。
与对一个方向的磁通量敏感的传统霍尔传感器相比，Triaxis 技术使用集成磁集中器，可以在单个 IC 或集成电路中测量三个磁通量分量（BX、BY 和 BZ）。
传统的霍尔效应传感器芯片只能感应垂直于霍尔效应元件表面（即 IC 和封装表面）的磁通量密度。这些单轴器件尽管能够实现某些应用，但通常需要采用复杂的磁场结构，并且在较宽的温度范围内面临精度方面的挑战。
这些位置传感器IC由 Triaxis 霍尔磁前端、模数信号调节器、用于高级信号处理的数字信号处理器和可编程输出级驱动器组成。MLX90421提供模拟或PWM输出，而MLX90422则提供单边半字传输协议（SENT）输出。
上图展示了Triaxis 技术在 3D 磁场传感中的应用。
Melexis这些新推出的产品对 Melexis 现有的MLX90364 /5/6/7 进行了补充，增强了磁场灵敏度、更宽松的工作温度（Ta = -40 °C 至 160 °C），以及具有单芯片和双芯片的多种封装选项。与 TDK 的 HAC 39xy 传感器相比，目前尚不清楚 MLX90421/2 对杂散场的敏感程度。
Melexis和TDK发布的是基于霍尔效应的传感器，但巴鲁夫却采用了不同方向的磁编码器。
四、巴鲁夫的磁性编码器解决方案
巴鲁夫的磁性编码器，针对工业自动化应用，据称可测量高度高达 48 米，重复精度<1μm。其BML SF2磁性安全编码器使用 G 接口测量增量位置信息并将其传输到连接的安全控制系统，这是一种 1 Vpp（正弦/余弦）的模拟信号。
巴鲁夫表示，这款紧凑型设备 (12 x 13.1 x 35 mm) 易于集成，在装配公差对高系统性能构成挑战时尤其有用。
该系统还支持“安全增量值”功能，并为用户提供实施安全功能的访问权限，例如符合 EN IEC 61800-5-2标准的安全慢速 (SLS) 或安全停止 1 (SS1)。
下图为用于位置测量的巴鲁夫 BML SF2。
磁性编码器坚固耐用且成本较低；但是，它们有一定的局限性，例如工作温度范围较小，对磁场的敏感性较高。与具有较宽工作温度范围的 TDK 的 3D HAL 和 Melexis 的 Triaxis 设备相比，巴鲁夫编码器的温度范围为 -20 °C 至 80 °C。
五、小结
对于选择位置传感器的设计人员，必须查看其应用的温度范围和传感器的输出接口、采样速度、封装尺寸和坚固性、线性度、分辨力、可重复性以及成本。设备所基于的技术虽说是次要的，不过在做选择时也能提供良好的参考。
另外，随着对车辆自动化和电气化的要求越来越高，安全标准也被推高。看到这些技术正朝着这个方向发展，很令人鼓舞。
参考链接
[4] https://www.melexis.com/zh/tech-talks/triaxis-position-sensing-solution
[5] https://www.balluff.com/fileadmin/user_upload/usa/PDF/EN_PR1P_BML_SF2_F20_DRW_947850.pdf
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