Mit dem Wandel des Fahrzeugkerns von mechanischer und hydraulischer zu elektrischer und elektronischer Technik vollzieht sich auch im Bereich der Sensorik ein bedeutender Wandel. Ältere lineare und rotatorische Sensoren, die auf potentiometrischer und optischer Messung basierten, werden durch moderne magnetische Sensoren ersetzt, die nicht durch Verschmutzungen, Staub und Fett im Fahrzeug beeinträchtigt werden oder vorzeitig ausfallen.
Eine der Technologien, die die Magnetfeldmessung in der Automobilindustrie vorantreiben, sind die Triaxis®-Sensoren von Melexis. Dieser moderne Messansatz ist mittlerweile in der dritten Generation verfügbar und im Wesentlichen unempfindlich gegenüber den zahlreichen, in modernen Fahrzeugen auftretenden, gestreuten Magnetfeldern.
Es bleibt jedoch eine Herausforderung bestehen. Jede magnetische Sensoranordnung weist ein Element der Nichtlinearität auf, das durch Faktoren wie den Sensormechanismus selbst sowie die Akkumulation von mechanischen Toleranzen innerhalb des zu erfassenden Mechanismus verursacht wird.
Um diesem Problem zu begegnen, verfügen die Geräte der Melexis MLX9037x Serie von Triaxis® Positionsprozessoren über eine integrierte Linearitätskompensation, die die Leistung des Sensorsystems erheblich verbessert, was für die Erfüllung der in den heutigen anspruchsvollen Automobilanwendungen erforderlichen Genauigkeit von entscheidender Bedeutung ist.
Die neuesten Geräte MLX90371 und MLX90372 bieten zwei bis 32 Kalibrierpunkte, die je nach Nichtlinearität der Anwendung und gewünschter Ausgabegenauigkeit ausgewählt werden können. Eine geringere Anzahl an Kalibrierpunkten eignet sich für Anwendungen mit geringer Anfangsnichtlinearität, während eine größere Anzahl für lineare Bewegungen mit großem Hub oder bei signifikanter Anfangsnichtlinearität sinnvoll ist.
Abbildung 1: Vergleich verschiedener Kalibrierungsoptionen für eine lineare Bewegung von +/- 8 mm
Wie Abbildung 1 zeigt, verbessert eine Erhöhung der Anzahl der Kalibrierungspunkte die Nichtlinearität deutlich. Da die Grafik zwei unterschiedliche Skalen für 2 und 4 Punkte sowie 16 und 32 Punkte verwendet, ist ersichtlich, dass bei einer 2-Punkt-Kalibrierung Nichtlinearitätsfehler (NLE) von bis zu 28° zu erwarten sind, die sich jedoch bei einer 16-Punkt-Kalibrierung auf maximal 1,25° und bei einer 32-Punkt-Kalibrierung auf maximal 0,8° reduzieren.
Zur Kalibrierung verwenden Ingenieure den Programmierer PTC-04, der speziell für die effiziente und präzise Kalibrierung programmierbarer integrierter Schaltungen von Melexis entwickelt wurde. Der Programmierer ähnelt einem EEPROM-Programmiergerät und benötigt lediglich einen PC mit RS-232- oder USB-Schnittstelle. Der PTC-04 verfügt über ein eigenes programmierbares Netzteil und kann Spannung und Strom mit einer Auflösung von 16 Bit messen. Dank vielfältiger Konfigurationsmöglichkeiten eignet er sich sowohl für Prototypen als auch für die Serienfertigung und kann zur Programmierung aller programmierbaren Triaxis-, Linear-Hall-, Latch- und Schalterprodukte von Melexis verwendet werden.
Zur Kalibrierung eines der Sensoren MLX90371/MLX90372 bauen Anwender einfach das Kalibriersystem auf und verbinden den Programmierer PTC-04 über die Stromversorgungs-, Masse- und Ausgangsanschlüsse mit dem Gerät. Durch Verschieben des Magneten in bis zu 32 verschiedene Positionen und Kalibrieren des Sensorausgangs kann der anfängliche NLE kompensiert und somit im Betrieb reduziert werden.
Der Kalibrierungsprozess ermöglicht zudem die Anpassung des Ausgangssignals an die jeweiligen Anwendungsanforderungen. So kann beispielsweise zusätzlich zur NLE-Kalibrierung das Ausgangssignal so programmiert werden, dass es den gesamten Bereich bei jedem Winkel für die Drehbewegungserkennung oder die volle Länge für die lineare Bewegungserkennung abdeckt. Dadurch wird sichergestellt, dass der Sensor in allen Anwendungen maximale Auflösung und Genauigkeit liefert.
Von: Nick Czarnecki, Marketing Director – Position and Speed Sensors, Melexis BV.
