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Cómo suprimir interferencia en sensores de posición magnética

De acuerdo a la firma AMS estos sensores 3D incorporan elementos que eliminan la interferencia en circuitos integrados para sensado.

(ElectronicosOnline.com Magazine / Oswaldo Barajas)

El fabricante de circuitos AMS anunció una nueva gama de sensores de posición magnética tridimensional que permite suprimir mayormente la interferencia de señal en circuitos para sensado.

Cómo suprimir interferencia en sensores de posición magnética

Los dispositivos son AMS AS54xx Series y de acuerdo a su desarrollador cuentan con elementos magnéticos que neutralizan las señales parásitas en circuitos utilizados para el sensado de señales.

Este sensado por posición magnética ha tomado popularidad en sectores como industrial y automotriz, donde se utiliza para la medición de densidad de flujos en entornos de temperatura hostiles para los sistemas electrónicos.

Aunque también se ha destacado las capacidades que tienen estos circuitos en el diseño de aplicaciones para segmentos como los anteriormente comentados, los sensores de posición magnética han tenido una particular vulnerabilidad ante las interferencias parásitas, ruido producido por la operatividad eléctrica del circuito, pero AMS se ha adjudicado el desarrollo de una solución embebida dentro de su nueva generación de sensores que al parecer suprime este fenómeno evitando que los resultados de lectura en fases de medición de flujos se vean afectados.

Los elementos que utiliza AMS en sus nuevos dispositivos son “pixeles” mismos que, de acuerdo a la compañía hacen posible el sensado magnético de flujo en tres dimensiones. Estos pixeles son definidos como los mismos elementos implementados comúnmente en sensores de posición magnética, pero en la nueva solución de AMS dos pixeles están colocados a una distancia de 2.5 mm. Además de esta distancia entre pixeles en la nueva estructura de los sensores, los ingenieros de la firma incluyeron algoritmos on-chip especializados en el procesamiento de señales que aumentan el rango de aplicación y no solo destinarlos al automotriz o industrial.

El sensado de posición magnética ha sido considerado como más confiable en comparación con los sensores ópticos y potenciómetros, ya que suele ser más resistente al polvo, la suciedad, grasa o aceite, vibraciones y humedad que regularmente se hallan en entornos donde son colocados para trabajar en placas electrónicas dentro de automóviles o equipos industriales.

Pero aún con todas sus ventajas los ingenieros continúan batallando con la interferencia parásita en los campos magnéticos de estos circuitos. Esta interferencia impacta directamente en las salidas del sensor y afecta la relación señal/ruido (SNR, por sus siglas en inglés) reduciéndola a niveles inaceptables que prácticamente deja inservible al circuito para propósitos de sensado de datos.

Al registrar los niveles bajos de SNR el circuito se corrompe y comienza a trabajar erráticamente debido a que los campos magnéticos del circuito están dañados con la interferencia, y esto es totalmente reprobable en sistemas o aplicaciones dentro de sectores con rígidos estándares de calidad como el automotriz como el ISO 26262, que involucra precisamente las condiciones operativas de los sensores de medición en los vehículos. Los riesgos más comunes al integrar sensores de posición magnética corrompidos por interferencia pueden a provocar electrificaciones o cortos circuitos graves, y por consiguiente exponer la integridad de las personas.

En base con AMS las actuales soluciones de sensado por posición magnética suelen ser costosas y poco confiables, pero su nueva técnica es más económica y viable para otorgar inmunidad a esta clase circuitos.

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La técnica de AMS

La solución a este problema desarrollada por AMS consiste en emparejar el sensor de posición con un magneto que tenga alta remanencia (Br) ensamblándolo lo más cercanamente posible pero al mismo tiempo respetando una distancia entre pixeles. Esta remanencia o magnetización remanente es la capacidad de un material para retener el magnetismo que le ha sido inducido, es decir, la magnetización que persiste en un imán permanente después de que se retira el campo magnético externo. Esto genera que sea más favorable la relación de señal/campo de dispersión y deriva en la mejora del SNR.

Una de las desventajas por ahora consideradas por AMS es que algunos magnetos de potencia como los basados en Neodimio o Samario-Cobalto son mucho más caros que otros magnetos a base de Ferrita o Magnetoplástico, y por mucho al utilizarlos en el diseño de sensores de posición magnética, el costo incrementaría haciéndolos inviables y poco exitosos para los fabricantes a pesar de su buena solución. Del mismo modo tampoco para sistemas ya diseñados en cuya placa no resulta fácil colocar el magneto lo más cercano al sensor.

La estructura de la gama AMS AS54xx Series posee una solución de pixeles duales integrada al chip que permite elevar la inmunidad a la interferencia corruptiva. Estos pixeles fueron desarrollados para trabajar con una operación de matemáticas básica que permite cancelar dicha interferencia en los campos magnéticos, pero siempre y cuando el hardware soporte tales elementos y que en la placa el sensor se halle lo más cercano posible al magneto. La estructura propuesta de pixeles duales se describe en la siguiente ilustración:

Sensores de posición magnética
El campo magnético alrededor de los sensores 3D se reduce a 3 vectores lo cual es posible utilizando dos elementos o pixeles en el sensor colocados a una distancia estratégica. También se puede hacer uso de la función matemática ATAN2 en firmware para detectar movimiento o presencia

De acuerdo a AMS este tipo de estructura permite mediciones diferenciales al realizar cada pixel lecturas de tres vectores (Bx, By, y Bz) del campo magnético y esos dos elementos o pixeles están colocados justo a 2.5 mm.

Estos dispositivos pueden detectar la posición de un objeto magnético en dos dimensiones y en el ejemplo de la ilustración se utiliza un movimiento lineal para simplificar el análisis. La función operativa del sensor con esta estructura permite que se midan valores para determinar la posición del magneto como se mostró en la anterior imagen.

De acuerdo a AMS este tipo de estructura facilita las mediciones diferenciales ya que cada pixel realiza lecturas de tres vectores (Bx, By, y Bz) del campo magnético gracias a que esos dos elementos o pixeles están colocados justo a 2.5 mm.

Estos sensores pueden detectar la posición de un objeto magnético en dos dimensiones y en el ejemplo de la ilustración se utiliza un movimiento lineal para simplificar el análisis.

La función operativa del sensor con esta estructura permite que se midan valores para determinar la posición del magneto tal y como se observa a continuación:

Valores medición sensores
Las curvas de salida aplican al movimiento del magneto de -15 mm a +15 mm. En una posición =0 el magneto el magneto se centra en el encapsulado del circuito y de norte-a-sur la transición de los polos determina la distancia entre los dos pixeles del sensor
De acuerdo al informe de AMS de los anteriores valores el circuito calcula dos señales diferenciales para el vector x (Bi) y para el vector z (Bj) dejándolo de la siguiente manera: Bi = Bx_Pix0 – Bx_Pix1 / Bj = Bz_Pix0 – Bz_Pix1.

Hay además otros puntos claves en la propuesta de AMS para suprimir interferencia, y en el documento de la firma se proporcionan ejemplos de operaciones matemáticas que pueden ser aplicadas para entender las rutas que los ingenieros de la compañía implementaron al diseñar los nuevos sensores.

Finalmente AMS subraya como importante su propuesta al prever que los sensores de posición magnética continuarán siendo de gran importancia en sectores como automotriz, con el aparecimiento de más vehículos híbridos o eléctricos para los cuales ya se preparan adecuaciones a estándares industriales que deberán atender los fabricantes de coches al momento de desarrollar sus modelos, tal es el caso del .

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One comment

  1. Quien esta mas avanzado que AMS es Melexis. Les sugiero visiten su pagina web: http://www.melexis.com .

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