Magnetische Mikround Nanotechnologie für robuste Sensorlösungen. Willkommen im Sensor Kosmos. Curiosity auf dem Mars. Sensitec an Bord. 2 Highlights Highlights NEU in 2016! Ventilhub Messsysteme Sensitec Solutions – Optimierung von Antriebskomponenten. Das System ist für Prüf- und Inspektions- sowie Forschungs- oder Entwicklungsaufgaben konzipiert – und dies nicht nur für die Messung des Ventilhubs in befeuerten Verbrennungsmotoren, sondern auch für die Prüfung von Turboladern oder Einspritzdüsen. Aufgrund seiner kompakten Abmessungen kann das Sensormodul in kleinsten Räumen integriert werden. TMR für Serienanwendungen In den letzten beiden Jahren wurde bei Sensitec intensiv an der TunnelMagnetoresistiven Sensortechnologie geforscht und entwickelt. Dabei wurden neue Fertigungsprozesse definiert und in Maschinen investiert. Derzeit befinden sich die Prozesse und Produkte in der Serienüberführung, so dass schon bald ein umfangreiches Sensorportfolio für Automotive- und Industrie-Applikationen zur Verfügung steht. AAQ747 für 360° Winkelmessung Der neue AAQ747 ist ein Multichipsensor, der eine absolute Winkelmessung von 360° mit einem Dipolmagneten an einem Wellenende ermöglicht, ohne auf die hohe Genauigkeit eines AMR-Sensors verzichten zu müssen. Da in dem SO8-Gehäuse neben dem AMR-Sensor noch ein GMR-Sensor integriert ist, kann die absolute Winkelinformation über volle 360° über die Signalkombination beider Sensoren ermittelt werden. Online Bestellung Neu! Produkte, im Katalog gekennzeichnet mit diesem Label, sind auch online weltweit erhältlich bei unserem Partner RS Components (http://de.rs-online.com/web). Nutzen Sie diesen Service insbesondere bei der Bestellung kleinerer Stückzahlen. Inhalt Der Entdecker des Anisotropen Magnetoresistiven Effekts (AMR) ist der britische Physiker William Thomson (1824 – 1907), später Lord Kelvin genannt. Er war von 1856 bis 1899 Professor für theoretische Physik in Glasgow. 1857 entdeckte er den AMR–Effekt. Erst über 100 Jahre später, durch die Weiterentwicklung der Dünnschichttechnik, wurde dieser Effekt industriell anwendbar. Das Unternehmen 3 4 Technologie8 Besondere Konstruktionsmerkmale 12 Forschung und Entwicklung 15 Basisanwendungen17 Produktübersicht18 MR-Sensor Signalkette 20 Messanordnungen22 Winkelmessung 24 Längen- und Positionsmessung 44 Strommessung 64 Magnetfeldmessung 76 Ihre individuelle Systemlösung 88 Ihre individuelle Chiplösung 90 Komplettlösungen von Sensitec 92 Anwendungen94 Anhang103 Glossar107 4 Das Unternehmen Das Unternehmen In 2015 hat Sensitec am Standort Mainz auf eine 100-prozentige Ökostromversorgung umgestellt. Strom wird in Deutschland aus Wasserkraft gewonnen. Die Sensitec GmbH wurde 1999 in Lahnau bei Wetzlar gegründet mit dem Ziel, auf dem magnetoresistiven Effekt basierende Sensoren für industrielle und automobile Serienanwendungen zu produzieren. Dank des stetig wachsenden Marktes und einer kontinuierlich betriebenen Produktentwicklung konnte Sensitec sich schnell etablieren und gehört heute zu den Weltmarktführern für hochwertige und innovative magnetische Sensorlösungen. Im Jahr 2000 übernahm Sensitec das Institut für Mikrostrukturtechnologie und Optoelektronik e.V. (IMO) in Wetzlar. Das IMO verfügte bereits damals über mehr als zehn Jahre Forschungserfahrung auf dem Gebiet der MR-Technologie. 2003 erwarb Sensitec Europas modernste und leistungsfähigste Fabrik für AMR-und GMR-Sensorik in Mainz. Die Produktpalette konnte seitdem stark erweitert werden. Mit verschiedenen Produkten und einer entsprechenden Qualifizierung hat sich das Unternehmen auf dem Automobilmarkt etabliert. Um die strengen technischen Spezifikationen der Automobilhersteller hinsichtlich Produktqualität und Produktivität zu erfüllen, erfolgte die Zertifizierung gemäß ISO/TS 16949:2002, die den Qualitätsmanagementstandard für Lieferanten der Automobilindustrie festschreibt. Darüber hinaus hat der Standort Mainz ein zertifiziertes Umweltmanagementsystem nach der Norm ISO 14001 sowie das Energiemanagementsystem gemäß ISO 50001 eingeführt. Seit dem 1. April 2013 gehört die Sensitec GmbH zum Körber-Konzern und ist als Geschäftsbereich Sensor Technology dem Geschäftsfeld Körber Automation zugeordnet. Die Körber AG ist die Holdinggesellschaft eines internationalen Technologiekonzerns mit weltweit mehr als 11.000 Mitarbeitern. Der Konzern vereint technologisch führende Unternehmen mit rund 100 Produktions-, Service- und Vertriebsgesellschaften in den Geschäftsfeldern Automation, Logistik-Systeme, Werkzeugmaschinen, Pharma-Systeme, Tissue und Tabak. Unsere Kompetenzen Sensitec entwickelt, produziert und vertreibt international hochwertige und innovative magnetische Sensorlösungen gemäß den Bedürfnissen unserer Kunden in einem sich ständig wandelnden Markt. Die Sensoren kommen überall dort zum Einsatz, wo Bewegung kontrolliert, wo Wege, Winkel, Positionen, elektrische Ströme oder magnetische Felder gemessen werden. Umfangreiche Patente und Lizenzen zur Herstellung und Anwendung von MR-Sensoren und ein breites Wissens- und Erfahrungsspektrum unterstreichen dieses Ziel. Unsere Werte In unserem Marktsegment sind wir Marktund Technologieführer. Unsere Kunden sind durch uns nachhaltig erfolgreich. Performance. Sustained. Mit hoch motivierten Mitarbeitern, technologischer Kompetenz, langjähriger Branchenerfahrung und hohem Qualitäts- und Service-Anspruch lösen wir anspruchsvollste Herausforderungen unserer Kunden. Dabei arbeiten wir nach den Werten „Agile. Focused. Inspiring“. Das Unternehmen Agile. Focused. Inspiring. Neugier und Kreativität bestimmen unser Tun … … denn wir möchten unsere Kunden und Geschäftspartner immer wieder mit neuen Produktideen und Lösungen begeistern und als unkomplizierter und stets bereiter Partner wahrgenommen werden. Wir behalten das Ziel im Auge … … indem wir aufmerksam und gewissenhaft arbeiten, damit unsere Kunden erleben, dass sie sich auf uns verlassen können. Wir begeistern mit unseren Produkten … … indem wir mit der einzigartigen Technologie unserer Produkte auch mal unkonventionelle Wege gehen, um unseren Kunden und Partnern die besten Lösungen zu bieten. Performance. Sustained. Quelle: NASA/JPL-Caltech Quelle: Mainova 5 6 MR-Sensorik MR-Sensorik »made in Germany« Sensible und präzise Messung, robuste und smarte Technik Sensitec GmbH Georg-Ohm-Straße 11 35633 Lahnau-Waldgirmes Fon +49 6441 9788-0 Fax +49 6441 9788-17 [email protected] www.sensitec.com Sensitec GmbH Hechtsheimer Straße 2 55131 Mainz An unserem Standort Mainz verfügen wir über Europas leistungsfähigste Waferfabrik für die Produktion von MR-Chips. Hier entstehen unter automobilen Qualitätsanforderungen Mikrochips in Dünnschichttechnik auf Basis der MR-Technologie. Am Standort Lahnau werden die Chips entsprechend den Anforderungen eines anspruchsvollen weltweiten Marktes mit Elektronik ergänzt und zum Sensorsystem komplettiert. In Lahnau sind zudem die Bereiche Verwaltung, Vertrieb, Entwicklung und Systemfertigung mit kompetenten Mitarbeitern angesiedelt, die zur weiteren Beratung unserer vielfältigen Produktpalette als Ansprechpartner zur Verfügung stehen. Mit unserem speziellen Know-how erarbeiten wir Applikationslösungen auch für Ihre Messaufgabe. Unser Leistungsspektrum umfasst: –Maßverkörperungen (magnetisierte Linearmaßstäbe und Polringe) –Chip-Design und -Fertigung –Integrierte Auswerteschaltungen –Komponenten und Systemlösungen in Standard-Ausführung und nach Kundenspezifikation Durch unser strenges Qualitätsmanagement garantieren wir Ihnen ein Höchstmaß an Qualität und Zuverlässigkeit für die Serienproduktion, was durch die erfolgte Zertifizierung gemäß ISO/TS 16949 dokumentiert wird. Am Standort Mainz hat Sensitec zudem ein zertifiziertes Umweltmanagementsystem nach der Norm ISO 14001 sowie ein Energiemanagementsystem gemäß der Norm ISO 50001 erfolgreich eingeführt. MR-Sensorik 7 8 Die Technologie MR-Sensortechnologie Der MagnetoResistive Effekt, kurz »MR-Effekt«, ist seit 150 Jahren bekannt. Die sensorische Nutzung konnte jedoch erst vor ca. 30 Jahren mit der Dünnschichttechnik voran gebracht werden. MR-Sensoren erobern seither ständig neue Applikationsfelder in der Magnetfeldmessung, sei es als elektronischer Kompass, als Weg- und Winkelmesssystem oder als kleine, potenzialfreie Stromsensoren. Der Begriff MR-Sensor ist ein Sammelbegriff für Sensoren, die auf verschiedenen physikalischen Prinzipien basieren. Alle MR-Prinzipien haben gemeinsam, dass sich der elektrische Widerstand des Sensors unter dem Einfluss eines Magnetfeldes ändert. Durch geschickte Anordnung der Strukturen im Sensor können sehr unterschiedliche Sensoren konstruiert werden, um beispielsweise einen Magnetfeld-Winkel, eine Magnetfeld-Stärke oder einen Magnetfeld-Gradienten zu erfassen. Der Anisotrope MagnetoResistive Effekt (AMR) wurde 1857 von Thomson entdeckt und tritt in ferromagnetischen Materialien auf, deren spezifischer Widerstand sich mit dem Winkel zwischen Magnetfeldrichtung und Stromrichtung ändert. Die Widerstandsänderung beträgt wenige Prozent und ist schon bei schwachen Magnetfeldern nutzbar. 1975 wurde der Tunnel MagnetoResistive Effekt (TMR) von Julliere entdeckt. Bei diesem Effekt ändert sich der Tunnelwiderstand zwischen zwei ferromagnetischen Schichten in Abhängigkeit des Winkels der Magnetisierung der beiden Lagen. Der im Jahr 2007 mit dem Nobelpreis für Physik gekrönte Giant MagnetoResistive Effekt (GMR) wurde erst 1988 von Fert und Grünberg entdeckt. Der elektrische Widerstand von zwei dünnen ferromagnetischen Schichten, getrennt durch eine dünne nicht magnetische Schicht, ändert sich in Abhängigkeit vom Winkel der Magnetisierung in den beiden ferromagnetischen Schichten zueinander und liefert Widerstandsänderungen bis zu 50 %. Bei einer antiparallelen Magnetisierung ist der elektrische Widerstand am höchsten. Die Widerstandsänderung ist dabei nicht abhängig von der Stromrichtung. Durch eine Stapelung von mehreren Schichten mit unterschiedlichen Eigenschaften und Magnetisierungen werden die Kennlinien von GMR-Sensoren durch ihre Konstruktion bestimmt. Dies erlaubt eine gezielte Anpassung der Kennlinien an die Anforderungen einer Messapplikation. 1993 wurde von Helmholt et al. der Colossal MagnetoResistive Effekt (CMR) entdeckt. Dieser Effekt tritt auf bei Mangan-basierten Oxiden, die – in Abhängigkeit von einem Magnetfeld – ihren elektrischen Widerstand ändern. Von allen bekannten physikalischen Effekten, die mittels Magnetismus in einem Festkörper eine elektrische Eigenschaft ändern, muss die MR-Technologie besonders hervorgehoben werden. Der MR-Effekt ermöglicht die Erfassung von schwachen Magnetfeldern und liefert dabei ein Signal mit einem sehr guten Signal-Rausch-Verhältnis. Bei Sensitec werden AMR- und GMR-Sensoren in Serie gefertigt. TMR-Sensoren gehen demnächst in Serie. Die CMR-Technologie befindet sich noch im vorindustriellen Forschungsstadium. Die Technologie Ferromagnetische Metalldünnschicht R M + H α I – Permalloy 180° 90° 0° 90° 180° α Änderung des Widerstands (R) in einer AMR-Schicht in einem Magnetfeld (H) als Funktion vom Winkel (α) zwischen Strom (I) und Magnetisierung (M). + FM H I R NM M1 M2 – FM: Ferromagnetische Schicht NM: Nichtmagnetische Zwischenschicht H Einfache GMR oder TMR 3-Schicht Anordnung. Beim GMR-Effekt besteht die nichtmagnetische Zwischenschicht aus einer leitenden Kupfer-Schicht, beim TMR-Effekt aus einer isolierenden Tunnelbarriere. Die beiden Magnetisierungen M1 und M2 werden durch das externe Magnetfeld H gedreht. 9 10 Vorteile Die Vorteile der magnetoresistiven Technologie Hohe Genauigkeit MR-Sensoren haben prinzipbedingt eine sehr geringe Hysterese und eine hohe Linearität. Die PerfectWave-, FixPitch- und PurePitch-Designs von Sensitec für Winkel- und Längenmessung sowie das Kompensationsverfahren für Strommessung bieten eine noch bessere Leistung für besonders anspruchsvolle Anwendungen. Hohe Auflösung MR-Sensoren bieten eine sehr hohe Auflösung. Dies ist besonders wichtig bei Anwendungen, die eine hohe Qualität der Regelung verlangen, wie zum Beispiel Encoder für Direktantriebe. Das für MR-Sensoren geltende geringe Rauschen in Kombination mit der großen Signalamplitude resultiert in einem hervorragenden Signal-zuRausch-Verhältnis. Dynamik MR-Sensoren haben eine sehr hohe Bandbreite und können Magnetfelder mit Frequenzen bis in den Megahertz-Bereich erfassen. Dadurch eignen sie sich besonders gut für Anwendungen, die eine kurze Reaktionszeit verlangen, wie beispielsweise Hochgeschwindigkeitsspindeln in Bearbeitungszentren oder Schaltanwendungen. Hohe Zuverlässigkeit Das kontaktfreie Messprinzip und die Festkörpereigenschaft der MR-Sensoren machen sie eigensicher. Dies wird durch umfangreiche und intensive Qualifikationstests, die den aktuellen industriellen und automobilen Standards entsprechen, untermauert. Die Ergebnisse bestätigen die Langzeitstabilität und Zuverlässigkeit der Sensitec MR-Sensoren. Verschleißfreiheit Die Magnetfeldmessung ist ein berührungsloses Messprinzip und damit verschleißfrei. Dies ermöglicht eine lange Lebensdauer ohne den mechanischen Verschleiß, wie er zum Beispiel bei Potentiometern auftritt. Hohe Empfindlichkeit Die Sensitivität von MR-Sensoren ist bis zu 50mal besser als bei allen anderen bekannten magnetischen Festkörper-Effekten, wie zum Beispiel beim Hall-Effekt. MR-Sensoren können das Erdmagnetfeld für Kompassanwendungen erfassen und werden erfolgreich für zerstörungsfreie Materialprüfung und Fahrzeugerkennung eingesetzt. In diesen Anwendungen werden extrem schwache Magnetfelder sehr genau gemessen. Robustheit MR-Sensoren sind prinzipiell unempfindlich gegen sehr hohe oder niedrige Temperaturen, Öl, Verschmutzung oder mechanische Belastungen durch Stöße oder Vibrationen. Sie können auch in Strahlung oder im Vakuum eingesetzt werden. Egal ob bei -120 °C in 400 Millionen Kilometern Entfernung auf dem Mars oder in 10 Kilometern Tiefe in der Erde bei +200 °C in einem Ölbohrloch, Sensitec MR-Sensoren arbeiten stets zuverlässig und langlebig unter den widrigsten Umständen. Energie-Effizienz Für batteriebetriebene Anwendungen können MR-Sensoren mit EcoSensing (hoher Innenwiderstand) verwendet werden. Bei Stromsensoren wird durch den integrierten Kompensationsleiter ein sehr geringer Kompensationsstrom benötigt, wodurch Sensitec Stromsensoren extrem energieeffizient sind. Vorteile Galvanische Trennung Das berührungsfreie Messprinzip von MR-Sensoren ist besonders gut geeignet für Anwendungen, die eine sichere elektrische Trennung verlangen. Die elektrische Isolation von Sensitec Stromsensoren wird regelmäßig VDE-Prüfungen unterzogen. Integrationsfähigkeit Sensitec MR-Sensoren sind von Haus aus klein und durch ihre hohe Empfindlichkeit in der Lage, mechanisch bedingte Abstände und Toleranzen zur Maßverkörperung zu überbrücken. Dies macht sie besonders integrationsfähig für Konstruktionen, bei denen wenig Bauraum zur Verfügung steht, Toleranzen unvermeidbar sind und der Montageaufwand minimal sein muss. 11 12 Konstruktionsmerkmale Besondere Konstruktionsmerkmale Sensitec ist es gelungen, die Leistungsfähigkeit der Sensoren durch verschiedene konstruktive Modifikationen am ChipLayout weiter zu verbessern. Die patentierten Lösungen, die nachfolgend näher beschrieben werden, tragen u. a. zu geringeren Abmessungen, erhöhter Signalqualität, reduzierter Empfindlichkeit gegenüber Störfeldern und gesteigerter Regelgüte bei. FreePitch Sensoren wurden dahingehend optimiert, dass sie unabhängig von der Pollänge der Maßverkörperung eingesetzt werden können. Dies hat den Vorteil, dass sie besonders kompakt sind und einem Punkt-Sensor sehr nahe kommen. Sie sind die ideale Wahl, wenn eine besonders kostengünstige Lösung für die Messaufgabe gewünscht ist. Um die Abmessungen so gering wie möglich zu halten, sind die Widerstände der Wheatstone-Brücken ineinander verschachtelt. Um die Sinus-/Kosinus-Signale zu erzeugen, sind die beiden Brücken im Winkel von 45° zueinander angeordnet. FreePitch Sensoren können mit Polringen oder Linearmaßstäben mit fast jeder Pollänge sowie mit 2-poligen Magneten benutzt werden. Chip-Layout eines Sensors mit FreePitch Design. FixPitch Sensoren sind an die Pollängen der Maßverkörperung angepasst, d.h. die MR-Streifen sind geometrisch auf eine bestimmte Pollänge abgestimmt. Die Sinus- und Kosinus-Signale werden durch die Verteilung der WheatstoneBrückenwiderstände entlang des einzelnen Pols erzeugt. Diese geometrische Anordnung trägt dazu bei, dass Oberwellen unterdrückt und die Empfindlichkeit auf Störfelder reduziert werden. Dadurch wird die Linearität des Sensors optimiert. Chip-Layout eines Sensors mit FixPitch Design. Konstruktionsmerkmale Das PurePitch Design ist eine Erweiterung des FixPitch Konzepts, in dem die MR-Widerstände über mehrere Pole verteilt sind. Damit erfolgt eine Mittelung, die dazu beiträgt, die Auswirkungen von Maßstabsfehlern ohne zusätzliche Signallaufzeiten zu minimieren. Da über Nord- und SüdPole gemittelt wird, werden auch homogene Störfelder noch besser unterdrückt. Diese Optimierungen machen sich beispielsweise bemerkbar in einer höheren Regelgüte von Regelsystemen. Um die Signalqualität der FreePitch Sensoren zu optimieren, wird das PerfectWave Design angewandt. Die MR-Streifen, die als Widerstände dienen, haben eine gekrümmte Form, die zur Oberwellenfilterung bei der Abbildung der Magnetfeldrichtung in ein elektrisches Signal genutzt wird. Diese Filterung wird durch die spezielle Geometrie und Anordnung der MR-Streifen realisiert und verursacht keine zusätzlichen Signallaufzeiten. Das PerfectWave Design wirkt sich besonders bei kleineren Magnetfeldern in verbesserter Linearität, höheren Genauigkeiten und besserer Signalqualität aus. SelfBias SelfBias ist ein Design-Feature, welches ideale Arbeitspunkteinstellung von MR-Sensoren für Anwendungen ermöglicht, bei denen ein externes Stützmagnetfeld (Bias-Feld) erforderlich ist. Hierbei wird eine hartmagnetische Schicht direkt in das Sensorelement integriert. Dadurch entfällt das zusätzliche Hinzufügen von separaten Magneten für das Stützfeld. Chip-Layout eines Sensors mit PurePitch Design. Chip-Layout eines Sensors mit PerfectWave Design. 13 14 Konstruktionsmerkmale Magnetoresistive Sensoren besitzen eine hohe Bandbreite, praktisch keine Einschaltverzögerung und lassen sich hochohmig herstellen. Damit eignen sie sich für energieeffiziente Anwendungen und Systeme besonders gut. Ob batteriebetriebene Sensormodule oder Applikationen in z. B. explosionsgeschützer Umgebung – MR-Sensoren können energiesparsam eingesetzt werden und das bei voller Leistungsfähigkeit. TMR-Sensoren bieten aufgrund ihres technologischen Aufbaus eine ideale Plattform für Energieeffizienz. Sie sind mit hohem Innenwiderstand und dennoch großer Dynamik und hohem Ausgangssignal verfügbar. Längere Batterielebensdauern und sparsamere Schaltungsdesigns sind somit möglich. Die Sensormodule mit SmartFit-Funktion bieten zusätzliche Funktionen in der Auswerteelektronik. Zum einen ist eine Parametrierung über die Signalleitung möglich. Somit kann ein Sensormodul ohne zusätzliche Kabel im eingebauten Zustand neu parametriert werden (z. B. zur Umstellung der Messauflösung). Zum anderen wird der Betriebszustand signalisiert. Hierbei wird der Anwender über die einwandfreie Funktion bzw. über Betriebsstörungen informiert. Diese Funktionalität unterstützt den Anwender während des Einbaus und der Justage und ermöglicht ihm eine schnelle und einfache Statusüberwachung während des Betriebs. SmartFit-Funktion bietet dem Anwender somit Komfortfunktionen, die das Sensorsystem sicherer, besser und einfacher machen. Beide Funktionen können einzeln oder zusammen in SmartFit-Sensormodulen vorkommen. ZeroInertia ist eine Dynamik-Eigenschaft, die durch den Einsatz dieser Produkte erreicht werden kann. Als Maßverkörperung kommen keine zusätzlichen Elemente oder Komponenten zum Einsatz, denn es können vorhandene Maschinenteile für das Messsystem genutzt werden. D. h., es werden keine zusätzlichen Massenträgheitsmomente in dynamische Systeme eingebracht, die u. U. die Effizienz und Leistungsfähigkeit eines optimal ausgelegten Systems schwächen würden. Mit ZeroInertia kann z. B. eine Zahnstruktur als Maßverkörperung direkt auf eine Motorwelle aufgebracht werden – es muss kein zusätzlicher Polring angetrieben bzw. bewegt werden und das System bleibt in der Anwendung hochdynamisch. Forschung und Entwicklung 15 Wir forschen für die Zukunft. Bei Sensitec hat die Beteiligung an nationalen und internationalen Forschungsprojekten eine lange Tradition, die auf die Ursprünge des Unternehmens als privates Forschungsinstitut zurückgeht und ohne Unterbrechung bis heute fortdauert. Insbesondere durch die Zusammenarbeit mit Experten aus Forschungseinrichtungen, Universitäten und Unternehmen konnte sich das Potential der relativ neuen MR-Sensorik für die unterschiedlichsten Anwendungsfelder rasch entfalten. In der Auseinandersetzung mit den Anforderungen aus der Applikation sind wertvolle Erkenntnisse, neue Produktideen und Produkte entstanden. Aber auch die Herausforderungen und Grenzen der Technologie wurden evident. Schließlich haben diese Projektkooperationen einen erheblichen Beitrag zur Kompetenzentwicklung der beteiligten Fachleute geleistet. Die nachfolgend skizzierten Projekte geben einen kleinen Eindruck über die Vielfalt der behandelten Themen. Das schnelle und genaue Zählen von Blutbestandenteilen, z. B. Thrombozyten, ist für die Therapie von Erkrankungen, wie z. B. Krebs, von großer Wichtigkeit. Im BMBF-geförderten Projekt „MRCyte“ haben sich führende deutsche Unternehmen, Forschungseinrichtungen und Krankenhäuser zusammengefunden, um ein Messverfahren zu entwickeln, das am Pointof Care magnetisch markierte Blutzellen mit GMR-Sensoren zählt. Gemeinsam mit Forschungseinrichtungen und Industriepartnern in Schweden, Slowenien und Deutschland entwickelt Sensitec im EU-Projekt „COSIVU“ Stromsensoren für eine kompakte, intelligente und zuverlässige Antriebstechnologie von elektrischen Nutzfahrzeugen. Die Ausbildung von wissenschaftlich-technischen Nachwuchskräften hat für Sensitec eine hohe Priorität. Zur Förderung des europäischen Fachkräftenachwuchses bietet die Europäische Kommission das Marie-Skłodowska-Curie-Programm an. Hier erhalten junge Doktoranden und Postdocs eine umfassende Aus- und Weiterbildung per E-Learning und vor Ort durch die teilnehmenden europäischen Hochschulen und Unternehmen. Im Rahmen des Projekts „WALL“ haben sich die Projektpartner und Doktoranden die Aufgabenstellung „Controlling domain wall dynamics for functional devices“ gestellt. In BMBF-Projekt „KaLiPso“ arbeiten wir mit Projektpartnern an einem neuartigen Messsystem für Linearführungssysteme. KaLiPso steht für „Kabellose Linearführungssysteme mit integrierter Positionsmessung“. Um die Positionssensorik zukunftsfähig zu halten, entwickeln wir gemeinsam mit Hochschulen, Forschungseinrichtungen und industriellen Anwendern eine neue Generation von magnetischen Maßstäben, die kleiner, präziser und damit noch hochauflösender sind. Anwendungsspezifisch werden im BMBF-Projekt „AQUILA“ TMR-Sensorik und neue Maßverkörperungen mit Energy Harvesting und Funkmodul kombiniert. Ohne die öffentliche Unterstützung wären die laufenden und bereits abgeschlossenen Projekte nicht möglich gewesen. Darum danken wir dem Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF), der Europäischen Kommission und den Landesregierungen von Rheinland-Pfalz und Hessen an dieser Stelle nochmals ganz herzlich für das Vertrauen in unsere Kompetenz und Technik. Unser besonderer Dank gilt außerdem den zuständigen Projektträgern für ihre kompetente Unterstützung. 16 Forschung und Entwicklung Preise und Auszeichnungen Unser Bestreben, unseren Kunden „Performance. Sustained.“ zu bieten, wurde belohnt durch zahlreiche nationale und internationale Auszeichnungen und Preise für Produktinnovationen. 2008 Nominierung für den Hermes Award Sensitec gehörte zu den fünf Firmen, die aus mehr als 50 Bewerbern um den bedeutenden internationalen Technologiepreis der Hannover Messe, den Hermes Award, nominiert wurden. In der Auswahl waren die GLM-Zahnsensormodule, die auf dem Giant Magnetoresistiven (GMR) Effekt basieren. 2013 Innovations-Preis Rheinland-Pfalz für die Entwicklung einer neuen Familie von AMR-Sensoren für Anwendungen in der industriellen Automation. Der Preis würdigte die Arbeit, die zur Entwicklung der AMR-FixPitch-Produktfamilie geführt hat, welche verbesserte Genauigkeit und Empfindlichkeit im Vergleich zu vorhergehenden AMR-Sensoren bietet. 2010 Frost & Sullivan Global New Product Innovation Award für die Magnetfeldsensoren der AFF-Produktfamilie. Diese werden typischerweise für 3D-Kompassanwendungen in mobilen Geräten eingesetzt. Ausschlaggebend für die Preisverleihung waren die hohe Genauigkeit und der niedrige Leistungsverbrauch der Sensoren im Vergleich zu vorhergehenden Kompass-Sensoren. 2014 Nominierung für den Hermes Award Zum zweiten Mal wurde Sensitec auf die Kurzliste der fünf Unternehmen gesetzt, die für den Hermes Award in Frage kommen. Die Nominierung verdankte Sensitec der Entwicklung von Stromsensoren der Baureihe CMS3000, die eine hohe Bandbreite aufweisen und auf dem AMR-Effekt beruhen. 2012 Demografie-Fit Zertifizierung Als Teilnehmer im vom Land Hessen initiierten Projekt Demografie-Fit wurden die Maßnahmen von Sensitec anerkannt, um die Auswirkungen des demografischen Wandels auf die Mitarbeiter zu vermeiden. Sensitec wurde in den Bereichen Mitarbeiterentwicklung und Wissensmanagement besonders ausgezeichnet. 2013 SUCCESS Innovations-Preis des Landes Rheinland-Pfalz Sensitec erhielt den Preis für die Entwicklung von Sensoren, die auf dem Tunnelmagnetoresistiven (TMR) Effekt basieren und neue Anwendungsbereiche eröffnen. Mit dem Preis wurde nicht nur der technische Innovationsgehalt anerkannt, sondern auch die Schaffung zahlreicher hochqualifizierter Stellen bei Sensitec. 2014 Dürr Supplier Award Sensitec hat den Preis in der Kategorie „Innovation und Technologie“ für einen kundenspezifischen Sensor für Auswuchtmaschinen gewonnen, die von der Firma SchenckRotec, einem Mitglied der Dürr AG, hergestellt werden. Die innovativen Eigenschaften der Sensoren sowie die Flexibilität, mit der Sensitec auf neue Kundenanforderungen reagiert hat, waren die ausschlaggebenden Kriterien für diese Preisverleihung. Basisanwendungen 17 Was möchten Sie messen? Strommessung – Hochdynamische und präzise Strommessung – Ohne Flusskonzentratoren – Sehr kleine und kompakte Bauweise – Geringe Verlustleistung – Hohe Isolationsfestigkeit Magnetfeldmessung – Hochpräzise Messung schwacher magnetischer Felder (50 A/m / 62.5 μT) – Beispielanwendungen: – Elektronischer Kompass – Berührungsloses Schaltelement – Referenzsensor Längen- und Positionsmessung Strommessung Längen- und Positionsmessung – Inkrementelle oder absolute Wegmessung und Positionsbestimmung – Auflösung im sub-μm-Bereich – Je nach Einsatzort und Aufgabe: – Mit magnetischer Maßverkörperung – Oder mittels ferromagnetischen Zahnstrukturen Magnetfeldmessung Winkelmessung – Inkrementelle oder absolute Winkelmessung – Auflösung im Winkelsekunden-Bereich – Je nach Einsatzort und Aufgabe: – Mit magnetischer Maßverkörperung am Wellenende oder -umfang – Oder mit ferromagnetischen Zahnstrukturen am Wellenumfang Winkelmessung Wir haben die passende Lösung! 18 Produktübersicht Produktübersicht Komponente Modul Kit System Winkelmessung AA700 AL700 GLM700 TA900 TL900 MWX EBx7800 EBx7900 GLAM700 EBK7000 — Längen- und Positionsmessung AA700 AL700 GLM700 TA900 TL900 MLX EBx7800 EBx7900 GLAM700 EBK7000 — CFK1000 CMK2000 CMK3000 CDK4000 CMS2000 CMS3000 CDS4000 — — CFS1000 Strommessung Magnetfeldmessung AFF700 AFF800 GF700 — Sie erhalten von uns alles aus einer Hand: von der Komponente bis zum fertigen System. Komponente Modul Kit System Produktprogramm 19 Produktprogramm Produkte von Sensitec stehen für präzises Messen mittels robuster Sensortechnik. Unsere magnetoresistiven Sensorchips sowie die entsprechenden Mikrosysteme sind Basis für die Messung und Kontrolle magnetischer, elektrischer und mechanischer Parameter. Das Herz der Sensoren bilden Chips, die aus wenigen Nanometern dünnen Einzelschichten oder Schichtsystemen bestehen und die, beeinflusst durch ein äußeres Magnetfeld, ihren elektrischen Widerstand ändern. Von der Chip-Entwicklung über die Chip-Fertigung bis zur optimalen Kopplung der magnetischen Maßverkörperung und der Anpassung der Auswertelektronik an die vorhandene Aufgabe ist Sensitec Ihr zuverlässiger Partner. Bei uns entstehen unmittelbare Produktinnovationen wie auch Mikrosystem-Lösungen mit nachhaltig wirtschaftlichem Anwendernutzen aus einer Hand. Komponente System Kit Konstruktions- und Montageaufwand beim Anwender Modul Integrationsgrad Den Integrationsgrad unserer Produkte für den Einbau in Ihr System können Sie selbst bestimmen. Komponente Hierbei handelt es sich um Einzelteile, die für die Integration in ein Modul oder System vorgesehen sind. Da die Integration kundenseitig erfolgen muss, ergibt sich für den Anwender ein zusätzlicher Konstruktions- und Montageaufwand, der ihm allerdings die Möglichkeit verschafft, sein Gesamtsystem selbst zu realisieren. Kit Hierbei handelt es sich um einen Bausatz von einzelnen, unmontierten Teilen und Modulen, die für die kundenseitige Montage und Integration in die Maschine bzw. das Gerät vorgesehen sind. Modul Ein Modul von Sensitec setzt sich aus mehreren Komponenten zusammen. Das Modul selbst ist noch nicht funktionsfähig und benötigt weitere Bauteile – wie etwa eine Maßverkörperung – um ein Kit oder System zu bilden. System Bei einem System erhalten Sie einen funktionsfähigen Verbund aus Sensitec-Komponenten und/ oder Modulen. Der Vorteil des kompletten Systems besteht darin, dass sich Ihr Montage- und Konstruktionsaufwand minimiert. 20 MR-Sensor Signalkette MR-Sensor Signalkette Messgröße In den meisten Anwendungsfällen ist nach dem reinen passiven MR-Sensor eine Kette an Signalverarbeitung notwendig, um die Ausgangssignale der Sensorbrücken weiterzuverarbeiten und der Schaltung der Kundenapplikation zuzuführen. Das Bild zeigt schematisch einen typischen Signalverlauf durch verschiedene aktive Komponenten, die die Sensorsignale konditionieren und in schnittstellenübliche Pegel bzw. Signale wandeln. Dargestellt ist beispielhaft die Signalform bei einer Anwendung mit einem Dipolmagneten und einem FreePitch-Sensor. Die bei Magnetbewegung entstehenden differenziellen Sinus- und Kosinus-Signale des Sensors werden typischerweise verstärkt. Hier können Verstärker zum Einsatz kommen, die Sensorparameter, wie z. B. Offset, korrigieren. Anschließend kann das Signal einem Analog-/Digital-Wandler zugeführt werden. Dieser Wandler ist oftmals bereits in einem Interpolations-IC oder einem Mikrocontroller integriert. Die Weiterverarbeitung der digitalen Signale erfolgt dann zumeist kundenspezifisch in einem Mikrocontroller oder der kundenseitigen Steuerung. Magnet N S MR-Sensor Signalkette Elementarsensor Analoge Signalaufbereitung A/D Wandlung A MR-Sensor Verstärker Vo Signalverarbeitung A/D Wandler Vo Mikrocontroller Vo 11 0 1 0 111 0 1 0 1 0 1 Analoge Sinus/Kosinus-Signale Verstärkte Sinus/Kosinus-Signale Steuerfunktion μC D Digitalisierte-Signale 21 22 Messanordnungen Messanordnungen Die nachfolgend aufgeführten Beispiele zeigen eine gängige Auswahl möglicher Messanordnungen. Welche Anordnung für die jeweils gestellte Messaufgabe die richtige ist, wird durch die gestellten Anforderungen und Rahmenbedingungen bestimmt. Wir beraten Sie gerne. 1 Anordnung Applikationsbeispiel Rotierender Magnet; Sensor in der Rotationsachse auf einem Träger Absolute Winkelmessung 0 - 360° am Wellenende, axial Rotierender Magnet; Sensor seitlich zur Rotationsachse auf einem Träger Absolute Winkelmessung 0 - 180° am Wellenumfang, radial Magnetisches Polrad mit fester Polteilung; Sensor radial angeordnet, Sensorfläche in Rotationsebene Inkrementale Winkelmessung am Wellenumfang Sensoren senkrecht zu den Magnetspuren des Maßstabs Inkrementale Winkelmessung mit Referenzpunkt Linear bewegter Magnet; Sensor seitlich auf einem Träger Absolute Wegmessung entlang eines Magneten Linear bewegter Magnet; Sensor seitlich auf einem Träger Magnetischer Schalter Linear bewegter Magnet; Sensor frontal auf einem Träger Magnetischer Schalter Linearer Maßstab mit fester Polteilung; Sensor senkrecht auf der Magnetspur des Maßstabs Inkrementale Wegmessung 2 3 4 5 6 7 8 Messanordnungen 9 23 Anordnung Applikationsbeispiel Sensoren senkrecht zu den Magnetspuren des Maßstabs Inkrementale Linearmessung mit Referenzpunkt Mehrspuranwendung mit linearen Maßstäben mit fester Polteilung; Sensoren senkrecht zu den Magnetspuren des Maßstabs Absolute Wegmessung mittels Codespur Linearmaßstab mit Nonius-Spur; beide Sensoren senkrecht zu den Magnetspuren Absolute Wegmessung mittels Noniusprinzip 12 Ferromagnetisches Zahnrad mit festem Zahnabstand; Sensor radial angeordnet mit Hilfsmagnet Inkrementale Winkelmessung am Wellenumfang 13 Ferromagnetisches Zahnrad mit fester Zahnstruktur zuzüglich einer ferromagnetischen Referenzspur; Sensor mit Hilfsmagnet senkrecht zu der Zahnstruktur Inkrementale Winkelmessung mit Referenz Ferromagnetische Zahnstange mit festem Zahnabstand; Sensor senkrecht zu der Zahnstruktur mit Hilfsmagnet Inkrementale Wegmessung Ferromagnetische Zahnstange mit festem Zahnabstand und einer ferromagnetischen Referenzspur; Sensor mit Hilfsmagnet senkrecht zu der Zahnstruktur Inkrementale Wegmessung mit Referenz Sensor in Ebene des zu messenden Magnetfeldes Magnetfeldmessung, Kompass Sensor über zwei stromdurchflossenen Leitern (Gegentakt) Strommessung 10 11 14 15 16 17 24 Winkelmessung Wenn man in jedem Maßstab messen kann, dann kann man ihn auch setzen. Sensoren zur Winkelmessung von Sensitec ermöglichen eine dauerhaft präzise und dynamische Messung in einem weiten Temperaturbereich auch bei kleinsten Feldstärken. Sensitec-Sensoren sind dabei unempfindlich gegen Verschmutzung oder Störfelder. 25 Winkelmessung Winkelmessung 26 Winkelmessung Winkelmessung Eine der Hauptanwendungen für MR-Sensoren ist die Winkelmessung. Das berührungslose, verschleißfreie Messprinzip, kombiniert mit hoher Genauigkeit und höchster Dynamik, macht den MR-Sensor zu einer idealen Wahl für den Maschinenbauer. MR-Sensoren bieten unterschiedliche Möglichkeiten, einen Winkel zu messen. Jede von ihnen ist optimiert für die Anforderungen der spezifischen Anwendung. Für die Winkelmessung gibt es zwei verschiedene Messkonzepte: Die Messung am Wellenende und am Wellenumfang. Für die Messung am Wellenende wird ein 2-poliger Magnet für die Winkelmessung verwendet. Für die Messung am Wellenumfang stehen dem Anwender zwei Möglichkeiten zur Verfügung. Es kann sowohl ein aktiv magnetisierter Polring eingesetzt werden als auch ein Zahnrad. Der aktive Polring ist hierbei z. B. aus einem elastomergebundenen Hartferrit mit abwechselnden Nord-Süd-Polen magnetisiert. Wird ein Zahnrad als passive Maßverkörperung verwendet, muss dieses aus einem weichmagnetischen Metall gefertigt sein. Für die Messung des Winkels am Wellenende an einem rotierenden Magneten wird ein MR-Sensor der AA700-Serie MR-Sensor am Wellenende mit Dipol-Magnet genutzt, da dieser die FreePitch-Technologie nutzt und er somit an keine besondere Polteilung gebunden ist. Wird ein Multipolring für die typische Messung am Wellenumfang verwendet, eignet sich ein an die Pollängen angepasster Sensor am besten. Hier bieten sich die auf der FixPitch-Technologie basierenden Sensoren der AL700-Serie, wie zum Beispiel der AL798 für 1 mm Pollänge (2 mm Polpaarlänge), an. Bei der Verwendung von Zahnrädern eignen sich die Sensoren der GLM-Serie am besten. Bei diesen ist der notwendige Magnet für das Hilfsmagnetfeld bereits im Sensor integriert. Die GLM-Sensoren funktionieren nicht nur für die Messung an Zahnrädern – bereits an zahnähnlichen Strukturen (zum Beispiel einer Metallscheibe mit Löchern) liefern die Sensoren Sinus- und Kosinus-Signale, die sich gut für die Weiterverarbeitung eignen. In einigen Anwendungen wird eine Referenz für die Grundfunktion benötigt. Diese Referenz wird durch einen zweiten Sensor realisiert, wie zum Beispiel durch die Magnetfeldsensoren GF705 oder GF708. Eine Referenzstelle auf einer zweiten magnetischen Spur auf dem aktiven Polring wird durch diese Sensoren erfasst und zur Erzeugung eines Z-Impulses verwendet. Beim Einsatz einer passiven Maßverkörperung kann ein einzelner Zahn oder eine einzelne Nut auf einem weiteren Ring zur Erzeugung der Referenz eingesetzt werden. Die neuesten TA- und TL-Sensorfamilien basieren auf dem besonders energieeffizienten TMR-Effekt. Die Leistungsaufnahme der neuen Sensorfamilien, deren Markteinführung für 2016 vorgesehen ist, liegt bis zu 100-fach niedriger als bei AMR- oder GMR-Sensoren mit vergleichbarer Auflösung. Damit eignen sich die TA- und TLFamilien insbesondere für Anwendungen, die mit Batterie oder Energy Harvesting betrieben werden. Die neuen Sensoren verfügen zudem über eine höhere Temperaturstabilität als AMR- oder GMR-Sensoren, wodurch sich in vielen Anwendungen ein Temperaturabgleich erübrigt. MR-Sensoren für die Winkelmessung bestehen aus MR-Widerstandsstreifen, die zu zwei Wheatstone-Brücken zusammengeschaltet sind. Sie liefern differenzielle Sinus-/Kosinus-Signale. Durch diese Schaltung werden Temperatureffekte reduziert und die Ausgangsamplitude erhöht. In den Sensormodulen von Sensitec werden die Signale mit zusätzlicher Elektronik konditioniert, um die vom Sensor gelieferten Signale so zu wandeln, dass der Anwender sie in seiner Applikation leichter verarbeiten kann. Typische Ausgangssignale sind 1-Volt Spitze-Spitze oder digitale Quadratur-Signale (ABSignale). Es sind aber auch digitale serielle Protokolle, wie zum Beispiel SSI oder BiSS möglich. Offset und Phasenverschiebungen der Sinus-/ Kosinus-Signale können mit der Signalkonditionierung kompensiert werden. Die Auflösung wird durch die verwendeten MR-Sensoren und die Einstellungen in der Elektronik bestimmt. Genauigkeiten im Winkelminutenbereich können somit erreicht werden. Mit besonderen Designs können auch Genauigkeiten im Winkelsekundenbereich erzielt werden. Ein großer Vorteil der MR-Sensoren in der Winkelmessung ist der kontaktlose und verschleißfreie Einsatz. Der Abstand zwischen der Maßverkörperung und dem Sensor kann je nach verwendetem Design einige Millimeter betragen. Schmutz und Öl zwischen der Maßverkörperung und dem Sensor haben keinen Einfluss auf das Messergebnis. Durch die sehr hohe Wiederholgenauigkeit ist das Sensorsystem für Positionierungsaufgaben ideal geeignet. Die große Dynamik des MR-Sensors erlaubt Hochgeschwindigkeitsanwendungen mit extrem hohen Beschleunigungen. Der weite zulässige Umgebungstemperaturbereich erlaubt auch einen Einsatz unter extremen Einsatzbedingungen, zum Beispiel in Messsonden für Öllochbohrungen (bei 200 °C und 1000 bar) oder in Weltraumanwendungen. MR-Sensoren können ebenfalls für die Konstruktion von Drehgebern in Kernstrahlung und Vakuum eingesetzt werden. In den meisten Anwendungen ist die Elektronik der begrenzende Faktor und nicht der Sensor. 27 Winkelmessung Winkelmessung 28 AA700 Familie Winkelmessung AA700 Familie AMR FreePitch Sensor für die Winkelmessung Komponente Online erhältlich bei www.rs-components.de Die AA700-Familie bündelt die Erfahrung der Sensitec aus über einem Jahrzehnt in der AMR-Winkelsensorik. Mit patentierten Chip-Layouts decken sie diejenigen Anwendungsbereiche ab, in denen hochgenaue Winkelmessung flexibel und kostengünstig unter widrigen Bedingungen erforderlich ist. Die AA700-Sensoren lassen sich aufgrund des FreePitch-Designs unabhängig von festen Pollängen einsetzen. Für Anwendungen, die sehr kleine Formfaktoren und damit Chip-on-boardMontage voraussetzen, stehen neben gehäusten Chips auch Chips als Bare Die zur Verfügung. In der AA700-Produktfamilie finden Sie Sensoren für Winkelmessung am Wellenumfang und am Wellenende. Merkmale –Basiert auf dem anisotropen magnetoresistiven (AMR) Effekt –Beinhaltet zwei unabhängige WheatstoneBrücken –Sinus- und Kosinus-Ausgangssignal –Umgebungstemperatur von -40 °C bis +150 °C –Verfügbar für SMD-Bestückung –Qualifiziert für automobile Anwendungen (nur SO8 und Chip) Vorteile –Großer Arbeitsabstand zwischen Sensor und Maßstab –Hohe Genauigkeit, auch bei schwachen Magnetfeldern –Hohe zulässige Grenzfrequenz erlaubt Hochgeschwindigkeits-Anwendungen (zulässige Winkelfrequenz des Magnetfeldes > 1 MHz) –Hohe Toleranz gegenüber Exzentrizitäten –Unempfindlich gegen Störfelder –Minimale Offsetspannung –Vernachlässigbare Hysterese Anwendungen –Inkrementale und absolute Winkelgeber –Motor-Feedback-Systeme –Schnelle Winkelgeschwindigkeitsmessung –Winkelmessung (180° absolut am Wellenende bei AA74x) –Winkelmessung (360° absolut am Wellenende bei AAQ747) –Raddrehzahlsensorik –Drehgeber an der Kurbelwelle 29 Winkelmessung AA700 Familie Produkteigenschaften Messanordnung FreePitch PerfectWave AA745 1) AA746 √ √ Optimiert für Messanwendungen am Wellenumfang 1) Qualifiziert für Automobilanwendungen (nur Chip) AA747 1) AAQ747 √ √ Optimiert für Messanwendungen am Wellenende Tolerant gegenüber Exzentrizitätsfehlern 1) Qualifiziert für Automobilanwendungen (nur Chip und SO8) Drehmomentmessung für die Aktivlenkung mit AA745-Sensor Merkmal Technische Daten Symbol Parameter AA745 AA746 ∆α Genauigkeit1) VCC Versorgungsspannung Voff Offset Spannung pro VCC ±2 Vpeak Signalamplitude pro VCC 13.4 RB Brückenwiderstand 3.2 1.2 3.2 kΩ H ext Nominalfeldstärke > 25 >5 > 25 kA/m ±0.5 AA747 AAQ7472) Einheit ±0.05 ° ±5 V ±2 ±2 13.0 mV/V mV/V Diese Zahlen beziehen sich auf den Betrieb in Sättigung bei Raumtemperatur. Bei den Angaben in der Tabelle handelt es sich um charakteristische Werte. Datenblätter mit den vollständigen technischen Spezifikationen finden Sie unter www.sensitec.com. 1) 2) Der Sensor verfügt über zusätzliche Quadrantenausgänge. Diese können zur Bestimmung der Absolutposition über 360° verwendet werden. Produktbezeichnungen Produktbezeichnung Abmessungen [mm] Gehäuse Umgebungstemperaturbereich Tamb AA745AKA 7.6 x 3.5 x 1.4 SIL6 -40 °C bis +125 °C AA745AMA 3.0 x 2.6 x 1.5 LGA6S -40 °C bis +125 °C 1.7 x 1.6 Bare die -40 °C bis +125 °C AA746AMA 6.0 x 2.6 x 1.5 LGA6L -40 °C bis +125 °C AA747AHA 4.9 x 6.0 x 1.8 SO8 -40 °C bis +150 °C AAQ747AHA 4.9 x 6.0 x 1.8 SO8 -40 °C bis to +150 °C AA746 Die Sensoren der AA700-Familie sind auch als reine Chips (als Wafer, gesägt auf Folie und im Waffle-Pack) erhältlich. Für weitere Informationen zu dieser Lieferform wenden Sie sich bitte an Ihren zuständigen Vertriebsingenieur. Zur Evaluierung Ihrer Anwendung steht ein Evaluation-Kit zur Verfügung – sprechen Sie hierzu unseren Vertrieb an. Winkelmessung Sensortyp 30 AL700 Familie Winkelmessung AL700 Familie AMR FixPitch Sensor für die Winkelmessung Komponente Online erhältlich bei www.rs-components.de Die AL700-Sensorkomponenten basieren auf der bewährten FixPitch Technologie. Diese Sensorkomponenten sind für die Verwendung mit aktiven Maßverkörperungen, wie zum Beispiel Polringen, entwickelt worden. Die Sensoren sind so gestaltet, dass sie an einer Platinenkante bestückt werden können und somit einfach in radialer Orientierung den Polring abtasten können. Diese Sensorfamilie beinhaltet die PurePitch Technologie, mit der der Sensor über mehrere Pole mittelt. Diese Besonderheit – kombiniert mit dem PerfectWave Design, welches die Oberwellen im Ausgangssignal unterdrückt – bietet hervorragende Winkelmessgenauigkeit und hohe Signalqualität. Diese Sensoren stehen in einem SIL6- und LGA6-Gehäuse für die SMD-Bestückung zur Verfügung. Merkmale –Basiert auf dem anisotropen magnetoresistiven (AMR) Effekt –Beinhaltet zwei unabhängige WheatstoneBrücken –Sinus- und Kosinus-Ausgangssignal –Umgebungstemperatur von -40 °C bis +125 °C –Verfügbar im SMD-fähigen Gehäuse SIL6 und LGA6 Vorteile –Großer Arbeitsabstand zwischen Sensor und Maßverkörperung –Ausgezeichnete Genauigkeit durch die PurePitch und PerfectWave Technologie –Hohe zulässige Grenzfrequenz erlaubt Hochgeschwindigkeits-Anwendungen (zulässige Winkelfrequenz des Magnetfeldes > 1 MHz) –Unempfindlich gegen homogene Störfelder durch die PerfectWave Technologie –Kein Stabilisierungsfeld notwendig –Geringe Offsetspannung –Vernachlässigbare Hysterese Anwendungen –Inkrementale und absolute Winkelgeber –Motor-Feedback-Systeme –Schnelle Winkelgeschwindigkeitsmessung (zum Beispiel für Hochgeschwindigkeitsspindeln) 31 Winkelmessung AL700 Familie Produkteigenschaften 1) Messanordnung FixPitch PurePitch PerfectWave Mittelung (Anzahl Pole) √ 1 AL780 5 mm AL797 2.5 mm √ √ 2 AL7941) 2.5 mm √ √ 2 AL796 2 mm √ √ 2 AL798 1 mm √ √ 2 AL795 0.5 mm √ √ 8 Winkelmessung Sensortyp hochohmig Technische Daten Symbol Parameter AL780 AL797 AL7941) AL796 AL798 AL795 Einheit ∆α Genauigkeit P Pitch d Arbeitsabstand VCC Versorgungsspannung Voff Offsetspannung pro VCC ±1 ±1 ±2 ±2 ±2 ±0.5 mV/V Vpeak Signalamplitude pro VCC 11.0 11.0 11.0 11.0 11.5 11.0 mV/V RB Brückenwiderstand 3.2 5.4 62 3.4 3.6 4.6 kΩ RS Sensorwiderstand 1.6 2.7 31 1.7 1.8 2.3 kΩ Tamb Umgebungstemperaturbereich < 1 % vom Pitch 5 2.5 2.5 2 1 0.5 mm ~2.5 ~1.3 ~1.3 ~1 ~0.5 ~0.3 mm 5 V -40 bis +125 °C hochohmig Bei den Angaben in der Tabelle handelt es sich um charakteristische Werte. Datenblätter mit den vollständigen technischen Spezifikationen finden Sie unter www.sensitec.com. 1) Produktbezeichnungen Hochgeschwindigkeitsspindel Produktbezeichnung Gehäuse Abmessungen AL7xxAKA SIL6 7.6 x 3.5 x 1.4 mm AL7xxAMA LGA6L 6 x 2.6 x 1.5 mm AL798AMA LGA6S 3 x 2.6 x 1.5 mm Die Sensoren der AL700-Familie sind auch als reine Chips (als Wafer, gesägt auf Folie und im Waffle-Pack) erhältlich. Für weitere Informationen zu dieser Lieferform wenden Sie sich bitte an Ihren zuständigen Vertriebsingenieur. Zur Evaluierung Ihrer Anwendung steht ein Evaluation-Kit zur Verfügung – sprechen Sie hierzu unsere Vertriebsmitarbeiter an. Anordnungen Prinzipdarstellung der Ausgangssignale 32 TA900 Familie Winkelmessung TA900 Familie NEU in 2016! TMR FreePitch Sensor für die Winkelmessung Die neue TA900-Familie kombiniert die jahrelange Erfahrung von Sensitec in der Winkelsensorik mit der Energieeffizienz und Temperaturstabilität des neuen TMR-Effekts. Patentierte Chip-Layouts ermöglichen genaue, flexible und kostengünstige Winkelmessung unter schwierigen Einsatzbedingungen. Aufgrund der niedrigen Leistungsaufnahme eignen sich die TA900 Sensoren besonders für Anwendungen, die mit Batterie oder Energy Harvesting betrieben werden. Die neuen Sensoren sind darüber hinaus auch für EX-Schutz Anwendungen besonders vorteilhaft. Ein weiterer Unterschied im Vergleich zu den etablierten AMR-Winkelsensoren ist die Eignung für 360° absolute Winkelmessung am Wellenende mit nur einem Sensorelement. Die TA900-Sensoren lassen sich unabhängig von festen Pollängen einsetzen und können für Winkelmessung am Wellenumfang als auch am Wellenende eingesetzt werden. Merkmale –Basiert auf dem Tunnel Magnetoresistiven (TMR) Effekt –Beinhaltet zwei unabhängige Wheatstone- Brücken –Sinus- und Kosinus-Ausgangssignal –Umgebungstemperatur von -40 °C bis +150 °C –Verfügbar für SMD-Bestückung –Qualifiziert für Automobile Anwendungen ab 2016 Vorteile –Single-turn Absolutmessung über 360° (mechanisch) möglich –Extrem niedrige Leistungsaufnahme, dadurch ideal für Anwendungen mit Versorgung durch Batterie oder Energy Harvesting –Hohe Temperaturstabilität –Großer Arbeitsabstand zwischen Sensor und Maßverkörperung –Hohe Genauigkeit, auch bei schwachen Magnetfeldern –Hohe zulässige Grenzfrequenz erlaubt Hochgeschwindigkeits-Anwendungen (zulässige Winkelfrequenz des Magnetfeldes > 1 MHz) - Hohe Toleranz gegenüber Exzentrizität im mechanischen Aufbau - Unempfindlich gegen homogene Störfelder - Minimale Offsetspannung - Vernachlässigbare Hysterese Anwendungen –Inkrementelle und absolute Winkelgeber –Motor-Feedback-Systeme –Schnelle Winkelgeschwindigkeitsmessung (z. B. für Hochgeschwindigkeitsspindeln) –Radrehzahlsensorik –Winkelmessung am Scheibenwischer oder der Drosselklappe im Automobil Winkelmessung TA900 Familie 33 Produkteigenschaften Sensortyp Messanordnung PerfectWave √ √ Merkmal 1) Qualifiziert für Automobilanwendungen ab 2016/2017 Winkelmessung TA9011) FreePitch Technische Daten Symbol Parameter TA901 ∆α Genauigkeit VCC Versorgungsspannung Voff 30-80 mT 0.4 20-120 mT 0.6 Einheit ° 5 V Offset Spannung pro VCC ±3 mV/V Vpeak Signalamplitude pro VCC 250 mV/V RB Brückenwiderstand 6 kΩ H ext Nominalfeldstärke 30-80 kA/m Bei den Angaben in der Tabelle handelt es sich um charakteristische Werte. Datenblätter mit den vollständigen technischen Spezifikationen finden Sie unter www.sensitec.com. Produktbezeichnungen Produktbezeichnung Gehäuse Abmessungen Umgebungstemperaturbereich Tamb TA901AIA-LE TSSOP8 6.4 x 3.05 mm -40 … +150 °C Die Sensoren der TA900-Familie sind auch als reine Chips (als Wafer, gesägt auf Folie und im Waffle-Pack) erhältlich. Für weitere Informationen zu dieser Lieferform wenden Sie sich bitte an Ihren zuständigen Vertriebsingenieur. Zur Evaluierung Ihrer Anwendung steht ein Mustermodul zur Verfügung – sprechen Sie hierzu unsere Vertriebsmitarbeiter an. 34 TL900 Familie Winkelmessung TL900 Familie NEU in 2016! TMR FixPitch Sensor für die Winkelmessung Die neue TL900-Familie kombiniert die jahrelange Erfahrung von Sensitec in der Winkelsensorik mit der Energieeffizienz und Temperaturstabilität des neuen TMR-Effekts. Die TL900-Familie ist für die Verwendung mit aktiven Maßverkörperungen, z. B. Polringe, entwickelt worden. Die Sensoren sind so gestaltet, dass sie an einer Platinenkante bestückt werden können und somit einfach in radialer Orientierung den Polring abtasten können. Diese Sensorfamilie nutzt die PerfectWave Technologie, welche die Oberwellen im Ausgangssignal unterdrückt, um eine exzellente Winkelgenauigkeit und hohe Signalqualität zu realisieren. Diese Sensoren sind zuerst in einem LGA-Gehäuse für die SMD-Bestückung verfügbar. Auf Anfrage sind die TL900-Sensoren auch als Bare Die lieferbar. Aufgrund der niedrigen Leistungsaufnahme eignen sich die TL900 Sensoren besonders für Anwendungen, die mit Batterie oder Energy Harvesting betrieben werden. Die neuen Sensoren sind auch für EX-Schutz Anwendungen besonders vorteilhaft. Merkmale –Basiert auf dem Tunnel Magnetoresistiven (TMR) Effekt –Beinhaltet zwei unabhängige Wheatstone- Brücken –Sinus- und Kosinus-Ausgangssignal –Umgebungstemperatur von -40 °C bis +125 °C –Verfügbar für SMD-Bestückung Vorteile –Extrem niedrige Leistungsaufnahme, dadurch ideal für Anwendungen mit Versorgung durch Batterie oder Energy Harvesting –Hohe Temperaturstabilität –Großer Arbeitsabstand zwischen Sensor und Maßverkörperung –Hohe Genauigkeit, auch bei schwachen Magnetfeldern –Hohe zulässige Grenzfrequenz erlaubt Hochgeschwindigkeits-Anwendungen (zulässige Winkelfrequenz des Magnetfeldes > 1 MHz) –Unempfindlich gegen homogene Störfelder –Kein Stabilisierungsfeld notwendig –Minimale Offsetspannung –Vernachlässigbare Hysterese Anwendungen –Inkrementelle und absolute Winkelgeber –Motor-Feedback-Systeme –Schnelle Winkelgeschwindigkeitsmessung (z. B. für Hochgeschwindigkeitsspindeln) –Radrehzahlsensorik 35 Winkelmessung TL900 Familie Sensortyp Messanordnung FixPitch Pollänge [mm] TL915 5 mm TL914 PurePitch PerfectWave Mittelung (Anzahl Polpaare) 2.5 √ 1 3 mm 1.5 √ 1 TL913 2 mm 1 √ √ 2 TL912 1 mm 0.5 √ √ 2 TL911 0.5 mm 0.25 √ √ 2 Technische Daten Symbol Parameter ∆α Genauigkeit P Pitch lp TL915 TL914 TL913 TL912 TL911 Einheit < 1 % der Polteilung 5 3 2 1 0.5 mm Polteilung 2.5 1.5 1 0.5 0.25 mm d Arbeitsabstand ~2 ~1.2 ~0.8 ~0.4 ~0.2 mm VCC Versorgungsspannung 5 V Voff Offsetspannung pro VCC ±15 mV/V Vpeak Signalamplitude pro VCC 150 mV/V RB Brückenwiderstand normal low power 1) 12 1200 kΩ RS Sensorwiderstand normal low power 1) 6 600 kΩ Tamb Umgebungstemperaturbereich -40 bis +125 °C hochohmige Version Bei den Angaben in der Tabelle handelt es sich um charakteristische Werte. Datenblätter mit den vollständigen technischen Spezifikationen finden Sie unter www.sensitec.com. 1) Produktbezeichnungen Produktbezeichnung Gehäuse Abmessungen TL91xAMA-AE LGA6L 6 x 2.6 x 1.5 mm Die Sensoren der TL900-Familie sind auch als reine Chips (als Wafer, gesägt auf Folie und im Waffle-Pack) erhältlich. Für weitere Informationen zu dieser Lieferform wenden Sie sich bitte an Ihren zuständigen Vertriebsingenieur. Zur Evaluierung Ihrer Anwendung steht ein Mustermodul zur Verfügung – sprechen Sie hierzu unsere Vertriebsmitarbeiter an. Winkelmessung Produkteigenschaften 36 GLM700 Familie Winkelmessung GLM700 Familie GMR-Zahnsensor-Module für die Winkelmessung Modul Die Sensoren der GLM700-Familie sind für die Messung an passiven Maßverkörperungen, wie zum Beispiel Zahnstangen oder Zahnrädern, entwickelt worden. Diese Sensoren kombinieren GL700-Zahnsensoren mit einem Magneten in einem kompakten SMD-Gehäuse. Hierdurch können Entwicklungs- und Montageaufwände deutlich reduziert werden. Die Sensoren der GLM700-Familie messen die Modulation der magnetischen Flussdichte, welche durch die Bewegung von verzahnten ferromagnetischen Maschinenelementen im Magnetfeld erzeugt wird. Die auf dem GMR-Effekt basierenden Sensoren zählen zu den FixPitch-Sensoren und sind fest auf eine Zahnteilung angepasst. Es wird ein breites Spektrum an Zahnteilungen zwischen 0,94 mm und 3 mm abgedeckt. Ein großer Vorteil dieser Sensoren sind die flexiblen Einsatzmöglichkeiten bei verschiedensten, zahnähnlichen Strukturen. So können neben klassischen Verzahnungen wie Evolventenverzahnung auch geprägte Strukturen mit geringer Tiefe oder Löcher in ferromagnetischen Materialen als Maßverkörperung genutzt werden. Die Module liefern Sinus-/Kosinus-Signale von hoher Güte mit einer hohen Messauflösung. Zur Entwicklung und zum Testen der Sensormodule für Ihre Anwendung sind für alle Zahnteilungen Evaluation-Boards (GLAM7xx) mit liegend bestücktem GLM-Modul verfügbar. Das Board liefert die verstärkten Sinus- und Kosinus-Sensorsignale. Der Verstärkungsfaktor beträgt hierbei 37, so dass die Ausgangssignale leicht weiterverarbeitet werden können. Merkmale –Sensormodul zur Abtastung von Zahnstrukturen –Basiert auf dem Giant Magnetoresistiven (GMR) Effekt –Differenzielle Sinus- und Kosinussignale –Umgebungstemperatur von -40 °C bis +125 °C –Geeignet für die SMD-Montage Vorteile –Integrierter Magnet für beste Performance und einfache Handhabung –Großer Dynamikbereich für Hochgeschwindigkeitsanwendungen –Stehende oder liegende Bestückung auf Platine möglich Anwendungen –Inkrementelle Winkelmessung –Motor-Feedback-Systeme –Sensor-Kugellager –Integrierter Winkelgeber in Direktantrieben Winkelmessung GLM700 Familie 37 Produktbezeichnung* Produktfoto Sin/Cos differenziell GLM7xxASB Sin/Cos verstärkt √ GLAM7xx √ Abmessungen Umgebungstemperaturbereich Tamb 13 x 5.5 x 3.5 mm -40 bis +125 °C 24 x 21 x 5.1 mm -25 bis +85 °C Die Sensoren der GLM700-Familie sind auch als reine Chips (als Wafer, gesägt auf Folie und im Waffle-Pack) erhältlich. Für weitere Informationen zu dieser Lieferform wenden Sie sich bitte an Ihren zuständigen Vertriebsingenieur. Zahnräder bzw. verzahnte Strukturen können bei vielen Lieferanten bezogen werden. Es muss beachtet werden, dass ein ferromagnetisches Material eingesetzt wird, da nur dieses das Magnetfeld beeinflusst. In besonderen Fällen, wie z. B. für Kolbenstangen von Pneumatikzylindern, muss die Zahnstruktur verschlossen werden, damit eine glatte Oberfläche entsteht. Hierzu stehen verschiedene Techniken zur Verfügung, um trotz weichmagnetischer Zahnstruktur eine glatte Oberfläche zu erhalten. Für weitere Informationen stehen wir gerne zur Verfügung. Interner Aufbau des Moduls Technische Daten Symbol * Siehe Tabelle „Technische Daten“ Parameter GLM711 GLM712 GLM713 GLM714 GLM715 1.57 (Modul 0.5) mm ~310 µm 1.0 2.0 3.0 0.94 (Modul 0.3) ~200 ~400 ~600 ~190 P Zahnteilung d Arbeitsabstand VCC Versorgungsspannung RB Brückenwiderstand 5.5 RS Sensorwiderstand 2.75 f Frequenzbereich 1) Einheit GMR-Chip 5 5.7 5.7 2.85 Gehäuse V 5.6 5.8 kΩ 2.8 2.9 kΩ <1 MHz Stützmagnet ohne signifikante Einbußen der Signalamplitude Bei den Angaben in der Tabelle handelt es sich um charakteristische Werte. Datenblätter mit den vollständigen technischen Spezifikationen finden Sie unter www.sensitec.com. 1) Anordnungen Prinzipdarstellung der Ausgangssignale GLM Sensormodule können u. a. mit folgenden Zahnstrukturen betrieben werden: Pitch = p GLM module Pitch = p d GLM module d h h w w g Pitch = p GLM module GLM module d d h w g Pitch = p g Benötigte Zahnräder sind auf Anfrage erhältlich. h Winkelmessung Produktbezeichnungen 38 EBX Familie Winkelmessung EBX Familie Sensormodule mit inkrementalem Ausgang Modul Die EBI-Sensormodule für die inkrementelle Messung bestehen aus MR-Sensoren, die zusammen mit der Signalverarbeitungselektronik auf einer Leiterplatte aufgebaut sind. Es gibt hierbei Standardmodule für aktive und auch passive Maßverkörperungen. Die EBR-Sensormodule verfügen zusätzlich über einen weiteren Sensor, der zusammen mit der geeigneten Maßverkörperung ein Referenzsignal erzeugt. Die Sensormodule der 7900-Reihe sind für die Messung an aktiven, also magnetisierten Polringen und Maßstäben vorgesehen, während die Module der 7800-Reihe über einen zusätzlichen integrierten Magneten verfügen und sich damit für die Abtastung von passiven Zahnstrukturen eignen. Es gibt mehrere Module mit unterschiedlichster elektrischer Schnittstelle. So können serielle SSI- oder BiSS-Signale ebenso erzeugt werden wie differenzielle digitale AB-Signale mit zusätzlichem Referenzsignal (Z-Signal). Einige der Module bieten eine sehr kompakte Bauform und können auch in kleinstem Bauraum integriert werden. Durch die breite Auswahl an Sensormodulen, die sich durch Robustheit und geringen Konstruktions- und Montageaufwand beim Endanwender auszeichnen, wird eine schnelle Markteinführung neuer Produkte ermöglicht. Die Mehrheit der Sensormodule ist bezüglich ihrer Sensoreigenschaften (wie z. B. Offset) abgeglichen und bietet eine bessere Genauigkeit mit geringerem Flankenjitter. Merkmale –AB-Signale (TTL bzw. HTL) –Z-Signal bei einigen Modulen verfügbar –Breiter Umgebungstemperaturbereich Vorteile –Leichte Montage –Robuste, kompakte Bauform Anwendungen –Inkrementelle Messsysteme –Motor-Feedback-Systeme Winkelmessung EBX Familie MR-Sensor Interpolator EEPROM Zusätzlich zu den Standard-Sensormodulen gibt es eine Vielzahl kundenspezifischer Lösungen mit teilweise speziellen Funktionen und Bauformen. Zugeschnitten auf individuelle Anforderungen und Gegebenheiten des Kunden, bieten diese Sensormodule nach dem erforderlichen Entwicklungsprozess viele Vorteile. Setup Signal Processing PA EMV Protection PB Prog. Interface Das Bild zeigt die typische Beschaltung eines Sensormoduls zur inkrementellen Messung. Die Sensorsignale werden in der Elektronik konditioniert und dem Anwender zumeist als digitale Signale zur Verfügung gestellt. Diese digitalen Rechtecksignale dienen auch zur Richtungserkennung und sind daher phasenverschoben ausgeführt (PA und PB). Ebenfalls stehen bei einigen Modulen differenzielle Signale (NA und NB) bzw. auch ein Referenzsignal (PZ und differenziell NZ) zur Verfügung. Die Elektronik ist zudem programmierbar bzw. über externe Beschaltung parametrierbar, so dass die Auflösung frei gewählt und bei den meisten Sensormodulen der Sensoroffset und Phasenfehler kompensiert werden können. Prog. Das „x“ in den Produktbezeichnungen kennzeichnet unterschiedliche Varianten. Für weitere Informationen nutzen Sie das Datenblatt des jeweiligen Moduls, welches Sie im Internet oder bei Ihrem zuständigen Vertriebsingenieur erhalten. Selection Guide Betriebsspannung Vcc Pitch (p) Ausgang Referenz Messschritte/Polteilung (z) 1) 2) Information EBI7901 5V 1 mm > 2 mm PA, PB – 4 - 80 FreePitch (> 2 mm) EBI7903 5V 1 mm PA, PB, PZ – 8 - 8192 Z-Signal/Pitch EBI7904 5V 1 mm PA, PB – 8 - 8192 EBR7911 5V 10 - 30 V 2 mm PA, NA, PB, NB, PZ, NZ √ 4 - 400 EBR7912 3.3 - 5 V 2 mm PA, NA, PB, NB, PZ, NZ √ 4 - 256 5V 0.94 mm 1 mm 1.57 mm 2 mm 3 mm PA, NA, PB, NB (PZ, NZ) (√) 4 - 400 Referenz optional 5V 0.94 mm 1 mm 1.57 mm 2 mm 3 mm PA, NA, PB, NB, (PZ, NZ) (√) 1 Vss Referenz optional Sensormodul EBx7811 Wählbar Umrechnung der Auflösung p - Teilung (Pitch) in mm n - Anzahl der Pole/Zähne pro Umdrehung z - Anzahl der Messschritte pro Polteilung 1) 2) Bei Linearanwendungen: Auflösung (mm) = p / z Bei Polringanwendungen: Auflösung ( ° ) = 360° / (n * z) Anordnungen für EBx7900 Anordnungen für EBx7800 SmartFit Winkelmessung VCC EMV Protection GND 39 40 Technische Daten Winkelmessung Technische Daten Sensormodule für aktive Maßverkörperungen Produktbezeichnung EBI7901CAx-DA FixPitch 1 mm EBI7901ZAx-DA FreePitch > 2 mm Produktbezeichnung EBI7903CAx-DA zusätzlicher Z-Puls Produktbezeichnung EBI7904CAx-DA Produktbezeichnung EBR7911EBx-DA Versorgungsspannung 5 V EBR7911EBx-FA Versorgungsspannung 10-30 V Produktbezeichnung EBR7912EBx-DA Auflösung bis 80 Messschritte/Polteilung Verwendeter Sensor AL798 / AA747 Länge 15.5 mm Breite 6 mm Höhe 2 mm Umgebungstemperatur -40 °C bis +100 °C FixPitch 1 mm, Auflösung bis 8192 Messschritte/Polteilung Verwendeter Sensor AL798 Länge 9.4 mm Breite 9.8 mm Höhe 3.2 mm Umgebungstemperatur -25 °C bis +85 °C FixPitch 1 mm, Auflösung bis 8192 Messschritte/Polteilung Verwendeter Sensor AL798 Länge 9.4 mm Breite 9.8 mm Höhe 3.2 mm Umgebungstemperatur -25 °C bis +85 °C FixPitch 2 mm, Auflösung bis 400 Messschritte/Polteilung Verwendeter Sensor AL796, GF708 Länge 20.5 mm Breite 28.6 mm Höhe 5.6 mm Umgebungstemperatur -40 °C bis +100 °C FixPitch 2 mm, Auflösung bis 256 Messschritte/Polteilung Verwendeter Sensor AL796, GF705 Länge 15 mm Breite 15 mm Höhe 7.2 mm Umgebungstemperatur -40 °C bis +105 °C EBI7901 EBI7903 EBI7904 EBR7911 EBR7912 Winkelmessung Technische Daten 41 Technische Daten Produktbezeichnung EBI7811xBx-DA EBR7811xBx-DA mit Referenz Produktbezeichnung EBI7811xDB-DA EBR7811xDB-DA mit Referenz FixPitch diverse, bis 400 Messschritte/Polteilung Verwendeter Sensor GL700 Länge 15 mm Breite 15 mm Höhe 5.2 mm (EBI) / 7 mm (EBR) Umgebungstemperatur -40 °C bis +100 °C FixPitch diverse, Sinus-/Kosinus-Signal 1 Vss Verwendeter Sensor GL700 Länge 15 mm Breite 15 mm Höhe 5.2 mm (EBI) / 7 mm (EBR) Umgebungstemperatur -40 °C bis +100 °C EBI7811 EBR7811 Winkelmessung Sensormodule für passive Maßverkörperungen 42 Polringe Winkelmessung Polringe Komponente Polringe sind aktive Maßverkörperungen und können aus unterschiedlichen Materialen hergestellt werden. Hierbei ist das magnetische Grundmaterial oft ein Hartferrit, der z. B. in einem Elastomer oder Polyamid gebunden ist. Die Polringe werden üblicherweise am Umfang mit wechselnden Nord- und Südpolen magnetisiert. Mehrspurige Magnetisierungen, wie sie z. B. für eine zusätzliche Referenz oder Codespur benötigt werden, sind natürlich auch realisierbar. Die Pollänge (Pitch) ergibt sich näherungsweise aus der Beziehung Umfang/Polanzahl. Die Breite der Magnetisierung entspricht bei einem einspurig magnetisierten Ring typischerweise der Höhe des Polrings. Bei mehrspurigen Ringen werden die Spuren so aufgebracht, dass die Signalqualität für das Gesamtsystem optimal ist. Sensitec bietet Standard-Polringe in drei Ausführungen an: elastomergebundene Polringe sind bereits auf einen metallischen Träger aufgebracht – bei gesinterten Hartferrit-Polringen und den kunststoffgebundenen Varianten muss der Anwender den Polring selbst auf einen Träger kleben. Wir beraten Sie gerne bei der Auswahl der für Sie passenden Ausführung. Technische Daten Standard-Polringe (elastomergebunden)1) Da/Di/H 31.87/20/10 Da/Di/H 40.78/30/10 Da: Außendurchmesser Di: Innendurchmesser H: Höhe MWx-I: Polring inkrementell magnetisiert MWx-R: Polring inkrementell magnetisiert mit Referenzspur Da/Di/H 57.3/45/10 Da/Di/H 122/90/10 Standard-Polringe (Hartferrit 8/22) 3) Umgebungstemperaturbereich: -40 bis +160 °C (Ring auf Träger). 1) Idealer Arbeitsabstand für höchste Genauigkeit. Mittels Simualtionstools legt Sensitec auch für Ihre Anwendung die optimale Kombination aus Sensor, Polring und Arbeitsabstand aus. Fragen Sie unseren Vertriebsingenieur. 2) Umgebungstemperaturbereich: -20 bis +200 °C (Ring ohne Träger). 3) Da/Di/H 38/30/6.5 Da/Di/H 41.2/25.05/10 Da/Di/H 72/54/7 Sensor Arbeitsabstand Produktbezeichnung Polteilung [ mm ] MWx0200FAA-UA 0.5 mm AL795 / TL912 140 200 MWx0100FAB-UA 1 mm AL798 / TL913 300 100 MWx0050FAC-UA 2 mm AL796 620 50 MWx0040FAD-UA 2.5 mm AL797 / AL794 / TL915 780 40 [µm ] 2) Polanzahl MWx0020FAE-UA 5 mm AL780 1570 20 MWx0256FAA-UA 0.5 mm AL795 / TL912 140 256 128 MWx0128FAB-UA 1 mm AL798 / TL913 300 MWx0064FAC-UA 2 mm AL796 620 64 MWx0360FAA-UA 0.5 mm AL795 / TL912 160 360 MWx0180FAB-UA 1 mm AL798 / TL913 320 180 MWx0090FAC-UA 2 mm AL796 630 90 MWx0072FAD-UA 2.5 mm AL797 / TL915 790 72 MWx0036FAE-UA 5 mm AL780 1590 36 MWx0768FAA-UA 0.5 mm AL795 / TL912 270 768 MWx0384FAB-UA 1 mm AL798 / TL913 430 384 MWx0192FAC-UA 2 mm AL796 750 192 Sensor Arbeitsabstand Produktbezeichnung Polteilung [ mm ] MWx0240HAA-UA 0.5 mm AL795 / TL912 260 240 MWx0120HAB-UA 1 mm AL798 / TL913 420 120 MWx0060HAC-UA 2 mm AL796 730 60 MWx0048HAD-UA 2.5 mm AL797 / AL794 / TL915 890 48 MWx0024HAE-UA 5 mm AL780 1690 24 MWx0260HAA-UA 0.5 mm AL795 / TL912 250 260 128 [µm ] 2) Polanzahl MWx0128HAB-UA 1 mm AL798 / TL913 90 MWx0064HAC-UA 2 mm AL796 410 64 MWx0226HAB-UA 1 mm AL798 / TL913 290 226 MWx0112HAC-UA 2 mm AL796 290 112 43 Winkelmessung Magnetisierung System Als Hersteller für magnetische Sensoren und Lieferant von kompletten Sensor-Lösungen ist das Know-How der Magnetisierung eine unserer Kern-Kompetenzen. Neben den hochpräzisen Magnetisierungsanlagen für Polringe und Linearmaßstäben benutzen wir Simulations-Tools, um die Magnetisierung der Maßverkörperungen optimal auszulegen. Hierbei können wir Parameter wie Magnetmaterial, Arbeitsabstand und Justagetoleranzen bewerten und die Maßverkörperung für Ihre Anwendung optimal auswählen bzw. auslegen. Selbstverständlich berücksichtigen die Berechnungen die Chipeigenschaften unserer MR-Sensoren, um eine maximale Performance für das Gesamtsystem zu erreichen. Unsere Magnetisierungsanlagen verfügen über hochgenaue Referenzsysteme, die sowohl bei der Magnetisierung als auch bei der nachträglichen Messung für höchste Genauigkeit sorgen. Die Magnetisierungsanlagen wurden so konzipiert, dass sie für den Serieneinsatz mit dem Anspruch auf Kostenoptimierung eingesetzt werden können. Das Konzept lässt dennoch eine hochflexible Nutzung für Muster und Kleinmengen zu. Dies stellt einen großen Vorteil dar, weil während der Entwicklungsphase von magnetischen Maßverkörperungen bereits auf Serienanlagen produStandard-Polringe (kunststoffgebundener Hartferrit Produktbezeichnung 8/22) 4) Da/Di/H 20.44/15.5/3.5 Da: Außendurchmesser Di: Innendurchmesser H: Höhe MWx-I: Polring inkrementell magnetisiert Da/Di/H 29/25/5.5 MWx-R: Polring inkrementell magnetisiert mit Referenzspur Da/Di/H 31.7/25/5.5 Umgebungstemperaturbereich: -40 bis +105 °C (Ring ohne Träger). 4) ziert werden kann und die Mustermengenkosten niedrig gehalten werden können. Die Magnetisierung wird in einem Impulsverfahren durchgeführt. Jeder magnetische Pol wird hierbei mit einer sehr großen Feldstärke in das Magnetmaterial eingebracht. Hiermit ist auch eine Magnetisierung von z. B. kunststoffgebundenem NeFeB-Material möglich. Bei der Magnetisierung von Polringen wird die entstehende „Stoßstelle“ zwischen Start und Ende der Magnetisierung durch ein intelligentes Verfahren eliminiert. Polringe und Linearmaßstäbe können mit bis zu 3 Spuren magnetisiert werden. Neben reinen Inkrementalspuren können Referenzspuren mit einem oder mehreren Polen und natürlich auch Codespuren mit diversen Mustern aus Nord- und Südpolen magnetisiert werden. Polteilung [ mm ] Sensor AL796 Arbeitsabstand Pol- [µm ] 2) anzahl 600 32 MWR0032KAC-KH 2 mm MWx0180KAA-UA 0.5 mm AL795 / TL912 50 180 MWx0090KAB-UA 1 mm AL798 / TL913 140 90 MWx0046KAC-UA 2 mm AL796 780 46 MWx0036KAD-UA 2.5 mm AL797 / AL794 / TL915 620 36 MWx0018KAE-UA 5 mm AL780 1400 18 MWx0200KAA-UA 0.5 mm AL795 / TL912 220 200 100 MWx0100KAB-UA 1 mm AL798 / TL913 380 MWx0050KAC-UA 2 mm AL796 700 50 MWx0040KAD-UA 2.5 mm AL797 / AL794 / TL915 860 40 MWx0020KAE-UA 5 mm AL780 1660 20 Winkelmessung Magnetisierung 44 Längen- und Positionsmessung Wenn man das Maß aller Dinge messen kann, dann kann man es auch sein. Sensoren zur Längen- und Positionsmessung von Sensitec bieten hochsensible und präzise Messung bei robuster und langlebiger Technik. Sensitec-Sensoren messen zuverlässig und exakt inkrementelle oder absolute Längen in μm-Genauigkeit. 45 Längen- und Positionsmessung Längen- und Positionsmessung 46 Längen- und Positionsmessung Längen- und Positionsmessung MR-Sensoren sind ideal geeignet für Anwendungen in der Längen- und Positionsmessung. Hohe Wiederholgenauigkeit kombiniert mit extremer Robustheit machen den MR-Sensor in anspruchsvollen Positionsmessungen auch unter rauen Umgebungsbedingungen zur richtigen Lösung. MR-Sensoren bieten unterschiedliche Möglichkeiten, Längen zu messen. Jeder Sensor ist hierbei optimiert, um die spezifischen Anforderungen effizient zu lösen. Zur Längenmessung können sowohl passive als auch aktive Maßverkörperungen eingesetzt werden. Bei Verwendung von passiven Maßverkörperungen werden Zahnstrukturen als Maßstab benutzt, während bei aktiven Maßverkörperungen magnetische Materialien mit magnetisierten Polen angewandt werden. Ein aktiver Maßstab kann z. B. aus elastomergebundenem Hartferitt mit abwechselnden magnetisierten Nord-Süd-Polen bestehen, im einfachsten Falle mit zwei Polen als reiner Dipolmagnet. Eine passive Maßverkörperung besteht aus einem weichmagnetischen Werkstoff mit einer periodischen, zahnähnlichen Struktur. Es können hierbei auch Löcher in einem Metallband als passive Maßverkörperung eingesetzt werden. Für die Messung entlang eines zweipoligen Magneten bietet sich ein MR-Sensor der AA700-Serie an, da dieser in der FreePitch-Technologie ausgeführt ist und somit an keine besondere Polteilung gebunden ist. Wird ein linearer Maßstab mit mehreren Polen verwendet, sollte ein an die Pollänge angepasster Sensor gewählt werden. Hier eignen sich die auf der FixPitch-Technologie basierenden Sensoren, wie z. B. der AL798 für 1 mm Pollänge (2 mm Polpaarlänge) am besten. Bei der Verwendung von Zahnstrukturen sollten Sensoren der GLM700-Familie eingesetzt werden. Diese Sensoren, basierend auf GMR-Strukturen, sind zusammen mit einem Magneten, der das Hilfsfeld für die passive Maßverkörperung bereitstellt, in einem Gehäuse integriert und bieten somit eine einfache Möglichkeit, bestehende Zahnstrukturen zu nutzen. Ein großer Vorteil dieser Sensoren ist, dass die aufwändige Justage zwischen Sensor und Hilfsmagnet entfällt, da der Magnet bereits in das Gehäuse des Sensors integriert ist. In einigen Anwendungen wird eine Referenz für die Grundfunktion benötigt. Diese Referenz kann bei aktiven Maßverkörperungen durch einen zweiten Sensor, wie zum Beispiel durch den Magnetfeldsensor GF705 oder GF708, realisiert werden. Diese erfassen eine zusätzliche magnetische Referenzspur auf dem Maßstab. Im Falle der passiven Maßverkörperung kann ein zweiter GLM-Sensor, wie für die Inkrementalspur, genutzt werden. Die Referenz lässt sich hierbei einfach durch einen Zahn oder eine Nut erzeugen. Die neuesten TA- und TL-Sensorfamilien basieren auf dem besonders energieeffizienten TMR-Effekt. Die Leistungsaufnahme der neuen Sensorfamilien, deren Markteinführung für 2016 vorgesehen ist, liegt bis zu 100-fach niedriger als bei AMR- oder GMR-Sensoren mit vergleichbarer Auflösung. Damit eignen sich die TA- und TL- Familien insbesondere für Anwendungen, die mit Batterie oder Energy Harvesting betrieben werden. Die neuen Sensoren verfügen zudem über eine höhere Längen- und Positionsmessung 47 MR-Sensoren für die Längen- und Positionsmessung bestehen aus MR-Widerstandsstreifen, die zu zwei Wheatstone-Brücken zusammengeschaltet sind. Sie liefern differenzielle Sinus-/Kosinus-Signale. Durch diese Schaltung werden Temperatureinflüsse reduziert und die Ausgangsamplitude erhöht. In den Sensormodulen von Sensitec werden die Signale mit zusätzlicher Elektronik konditioniert, um die vom Sensor gelieferten Signale so zu wandeln, dass der Anwender sie in seiner Applikation leichter verarbeiten kann. Typische Ausgangssignale sind 1-Volt Spitze-Spitze oder digitale Quadratur-Signale (AB-Signale). Es sind aber auch digitale serielle Protokolle, wie zum Beispiel SSI oder BiSS möglich. Offset und Phasenverschiebungen der Sinus- / Kosinus-Signale können mit der Signalkonditionierung kompensiert werden. Die Auflösung wird durch die verwendeten MR-Sensoren und die Einstellungen in der Elektronik bestimmt. Genauigkeiten im µm-Bereich können somit erreicht werden. Mit besonderen Designs können Auflösungen im nm-Bereich erzielt werden. Ein großer Vorteil der MR-Sensoren in der Längenmessung ist der kontaktlose und verschleißfreie Einsatz. Der Abstand zwischen der Maßverkörperung und dem Sensor kann je nach verwendetem Design einige Millimeter betragen. Schmutz und Öl zwischen der Maßverkörperung und dem Sensor haben keinen Einfluss auf das Messergebnis. Durch die sehr hohe Wiederholgenauigkeit ist das Sensorsystem besonders für Positionierungsaufgaben ideal geeignet. Die extreme Dynamik des MR-Sensors erlaubt Hochgeschwindigkeitsanwendungen mit größten Beschleunigungen. Der weite Bereich der Umgebungstemperatur erlaubt auch einen Einsatz unter extremen Einsatzbedingungen, zum Beispiel in Messsonden für Öllochbohrungen (bei 200 °C und 1000 bar) oder in Weltraumanwendungen. MR-Sensoren können ebenfalls für die Konstruktion von Lineargebern in Kernstrahlung und Vakuum eingesetzt werden. In den meisten Anwendungen ist die Elektronik der begrenzende Faktor und nicht der Sensor. Längen- und Positionsmessung Temperaturstabilität als AMR- oder GMR-Sensoren, wodurch sich in vielen Anwendungen ein Temperaturabgleich erübrigt. Typische Messanordnungen 48 AA700 Familie Längen- und Positionsmessung AA700 Familie AMR FreePitch Sensor für die Längen- und Positionsmessung Komponente Online erhältlich bei www.rs-components.de Die AA700-Familie bündelt die Erfahrung von Sensitec aus über einem Jahrzehnt in der AMR-Längen- und Positionssensorik. Mit patentierten Chiplayouts decken sie diejenigen Anwendungsbereiche ab, in denen hochgenaue Messung flexibel und kostengünstig unter widrigen Bedingungen erforderlich ist. Die AA700-Sensoren lassen sich aufgrund des FreePitch-Designs unabhängig von festen Pollängen einsetzen. Für Anwendungen, die sehr kleine Formfaktoren und damit Chip-on-board-Montage voraussetzen, stehen neben gehäusten Chips auch Chips als Bare Die zur Verfügung. Merkmale –Basiert auf dem anisotropen magnetoresistiven (AMR) Effekt –Beinhaltet zwei unabhängige WheatstoneBrücken –Sinus- und Kosinus-Ausgangssignal –Umgebungstemperatur von -40 °C bis +150 °C –Verfügbar für SMD-Bestückung –Qualifiziert für automobile Anwendungen (nur SO8 und Chip) Vorteile –Großer Arbeitsabstand zwischen Sensor und Maßstab –Hohe Genauigkeit, auch bei schwachen Magnetfeldern –Hohe zulässige Grenzfrequenz erlaubt Hochgeschwindigkeits-Anwendungen (zulässige Winkelfrequenz des Magnetfeldes > 1 MHz) –Unempfindlich gegen Störfelder –Minimale Offsetspannung –Vernachlässigbare Hysterese Anwendungen –Inkrementale und absolute lineare Positionsmessung –Motor-Feedback-Systeme –Schnelle Positions- und Geschwindigkeitsmessung 49 Längen- und Positionsmessung AA700 Familie Produkteigenschaften Sensortyp Messanordnung AA745 1) AA746 AA745 1) FreePitch Merkmal PerfectWave √ Für die Montage am Rand der Leiterplatte, zur optimalen Abtastung des Maßstabs √ √ √ 1) Qualifiziert für Automobilanwendungen (nur Chip) 1) Qualifiziert für Automobilanwendungen (nur Chip und SO8) Technische Daten Symbol Parameter AA745 AA746 Einheit ∆I Genauigkeit1) VCC Versorgungsspannung Voff Offset Spannung pro VCC ±2 ±0.5 mV/V Vpeak Signalamplitude pro VCC 13.4 13.0 mV/V RB Brückenwiderstand 3.2 1.2 kΩ H ext Nominalfeldstärke > 25 >5 kA/m 5 V Diese Zahlen beziehen sich auf den Betrieb in Sättigung bei Raumtemperatur. Bei den Angaben in der Tabelle handelt es sich um charakteristische Werte. Datenblätter mit den vollständigen technischen Spezifikationen finden Sie unter www.sensitec.com. 1) Produktbezeichnungen Produktbezeichnung Abmessungen [mm] Gehäuse Umgebungstemperaturbereich Tamb AA745AKA 7.6 x 3.5 x 1.4 SIL6 -40 °C bis +125 °C AA745AMA 3.0 x 2.6 x 1.5 LGA6S -40 °C bis +125 °C 1.7 x 1.6 Bare die -40 °C bis +125 °C 6.0 x 2.6 x 1.5 LGA6L -40 °C bis +125 °C AA746 AA746AMA a= 0° Richtung des Magnetfeldes Die Sensoren der AA700-Familie sind auch als reine Chips (als Wafer, gesägt auf Folie und im Waffle-Pack) erhältlich. Für weitere Informationen zu dieser Lieferform wenden Sie sich bitte an Ihren zuständigen Vertriebsingenieur. Zur Evaluierung Ihrer Anwendung steht ein Evaluation-Kit zur Verfügung – sprechen Sie hierzu unseren Vertrieb an. Längen- und Positionsmessung 1 bis 5 % vom Pitch 50 AL700 Familie Längen- und Positionsmessung AL700 Familie AMR FixPitch Sensor für die Längen- und Positionsmessung Komponente Online erhältlich bei www.rs-components.de Die AL700-Sensorkomponenten basieren auf der bewährten FixPitch Technologie. Diese Sensorkomponenten sind speziell entwickelt für die Verwendung mit aktiven Maßverkörperungen. Die Sensoren sind so ausgeführt, dass sie an einer Platinenkante bestückt werden können und somit einfach einen Maßstab abtasten können. Diese Sensorfamilie beinhaltet die PurePitch Technologie, mit der der Sensor über mehrere Pole mittelt. Diese Besonderheit – kombiniert mit dem PerfectWave Design, welches die Oberwellen im Ausgangssignal unterdrückt – bietet hervorragende Messgenauigkeit und hohe Signalqualität. Diese Sensoren stehen in einem SIL6-Gehäuse und LGA-Gehäuse für die SMD-Bestückung zur Verfügung. Merkmale –Basiert auf dem anisotropen magnetoresistiven (AMR) Effekt –Beinhaltet zwei unabhängige WheatstoneBrücken –Sinus- und Kosinus-Ausgangssignal –Umgebungstemperatur von -40 °C bis +125 °C –Verfügbar im SMD-fähigen Gehäuse SIL6 und LGA6 Vorteile –Großer Arbeitsabstand zwischen Sensor und Maßstab –Ausgezeichnete Genauigkeit durch die PurePitch und PerfectWave Technologie –Hohe zulässige Grenzfrequenz erlaubt Hochgeschwindigkeits-Anwendungen (zulässige Winkelfrequenz des Magnetfeldes > 1 MHz) –Unempfindlich gegen homogene Störfelder durch die PerfectWave Technologie –Kein Stabilisierungsfeld notwendig –Geringe Offsetspannung –Vernachlässigbare Hysterese Anwendungen –Inkrementale oder absolute Linearencoder –Mikro-Manipulator –Mikroskop-Tisch 51 Längen- und Positionsmessung AL700 Familie Produkteigenschaften Sensortyp 1) Messanordnung FixPitch PurePitch PerfectWave Mittelung (Anzahl Pole) √ 1 AL780 5 mm AL797 2.5 mm √ √ 2 AL7941) 2.5 mm √ √ 2 AL796 2 mm √ √ 2 AL798 1 mm √ √ 2 AL795 0.5 mm √ √ 8 hochohmig Technische Daten Symbol Parameter AL780 AL797 AL7941) AL796 AL798 AL795 Einheit ∆l Genauigkeit P Pitch d Arbeitsabstand VCC Versorgungsspannung Voff Offsetspannung pro VCC ±1 ±1 ±2 ±2 ±2 ±0.5 mV/V Vpeak Signalamplitude pro VCC 11.0 11.0 11.0 11.0 11.5 11.0 mV/V RB Brückenwiderstand 3.2 5.4 62 3.4 3.6 4.6 kΩ RS Sensorwiderstand 1.6 2.7 31 1.7 1.8 2.3 kΩ Tamb Umgebungstemperaturbereich 5 2.5 2.5 2 1 0.5 mm ~2.5 ~1.3 ~1.3 ~1 ~0.5 ~0.3 mm 5 V -40 bis +125 °C hochohmig Bei den Angaben in der Tabelle handelt es sich um charakteristische Werte. Datenblätter mit den vollständigen technischen Spezifikationen finden Sie unter www.sensitec.com. 1) Produktbezeichnungen AL795 Produktbezeichnung Gehäuse Abmessungen AL7xxAKA SIL6 7.6 x 3.5 x 1.4 mm AL7xxAMA LGA6L 6 x 2.6 x 1.5 mm AL798AMA LGA6S 3 x 2.6 x 1.5 mm Die Sensoren der AL700-Familie sind auch als reine Chips (als Wafer, gesägt auf Folie und im Waffle-Pack) erhältlich. Für weitere Informationen zu dieser Lieferform wenden Sie sich bitte an Ihren zuständigen Vertriebsingenieur. Zur Evaluierung Ihrer Anwendung steht ein Evaluation-Kit zur Verfügung – sprechen Sie hierzu unsere Vertriebsmitarbeiter an. Anordnungen AL795 mit 0.5 mm Polteilung als inkrementaler Längensensor Prinzipdarstellung der Ausgangssignale Längen- und Positionsmessung < 1 % vom Pitch 52 TA900 Familie Längen- und Positionsmessung TA900 Familie NEU in 2016! TMR FreePitch Sensor für die Längen- und Positionsmessung Die neue TA900-Familie kombiniert die jahrelange Erfahrung von Sensitec in der Längen- und Positionssensorik mit der Energieeffizienz und Temperaturstabilität des neuen TMR-Effekts. Patentierte Chip-Layouts ermöglichen genaue, flexible und kostengünstige Längenmessung unter schwierigen Einsatzbedingungen. Aufgrund der niedrigen Leistungsaufnahme eignen sich die TA900 Sensoren besonders für Anwendungen, die mit Batterie oder Energy Harvesting betrieben werden. Die neuen Sensoren sind darüber hinaus auch für EX-Schutz Anwendungen besonders vorteilhaft. Die TA900-Sensoren lassen sich unabhängig von festen Pollängen einsetzen, z. B. an einem Dipol-Magnet für die Messung von kurzen Wegen. Merkmale –Basiert auf dem Tunnel Magnetoresistiven (TMR) Effekt –Beinhaltet zwei unabhängige Wheatstone- Brücken –Sinus- und Kosinus-Ausgangssignal –Umgebungstemperatur von -40 °C bis +150 °C –Verfügbar für SMD-Bestückung –Qualifiziert für Automobile Anwendungen ab 2016 Vorteile –Extrem niedrige Leistungsaufnahme, dadurch ideal für Anwendungen mit Versorgung durch Batterie oder Energy Harvesting –Hohe Temperaturstabilität –Großer Arbeitsabstand zwischen Sensor und Maßverkörperung –Hohe Genauigkeit, auch bei schwachen Magnetfeldern –Hohe zulässige Grenzfrequenz erlaubt Hochgeschwindigkeits-Anwendungen (zulässige Winkelfrequenz des Magnetfeldes > 1 MHz) - Hohe Toleranz gegenüber Exzentrizität im mechanischen Aufbau - Unempfindlich gegen homogene Störfelder - Minimale Offsetspannung - Vernachlässigbare Hysterese Anwendungen –Inkrementelle und absolute Winkelgeber –Motor-Feedback-Systeme –Schnelle Winkelgeschwindigkeitsmessung Längen- und Positionsmessung TA900 Familie 53 Produkteigenschaften Sensortyp Messanordnung FreePitch PerfectWave √ √ TA901 1) Merkmal 1) Qualifiziert für Automobilanwendungen ab 2016/2017 Technische Daten Parameter TA901 ∆l Genauigkeit VCC Versorgungsspannung Voff 20-130 mT Einheit 1 bis 5 % vom Pitch 5 V Offset Spannung pro VCC ±3 mV/V Vpeak Signalamplitude pro VCC 250 mV/V RB Brückenwiderstand 6 kΩ H ext Nominalfeldstärke 30-80 kA/m Bei den Angaben in der Tabelle handelt es sich um charakteristische Werte. Datenblätter mit den vollständigen technischen Spezifikationen finden Sie unter www.sensitec.com. Produktbezeichnungen Produktbezeichnung Gehäuse Abmessungen Umgebungstemperaturbereich Tamb TA901AIA-LE TSSOP8 6.4 x 3.05 mm -40 … +150 °C Die Sensoren der TA900-Familie sind auch als reine Chips (als Wafer, gesägt auf Folie und im Waffle-Pack) erhältlich. Für weitere Informationen zu dieser Lieferform wenden Sie sich bitte an Ihren zuständigen Vertriebsingenieur. Zur Evaluierung Ihrer Anwendung steht ein Mustermodul zur Verfügung – sprechen Sie hierzu unsere Vertriebsmitarbeiter an. Längen- und Positionsmessung Symbol 54 TL900 Familie Längen- und Positionsmessung TL900 Familie NEU in 2016! TMR FixPitch Sensor für die Längen- und Positionsmessung Die neue TL900-Familie kombiniert die jahrelange Erfahrung von Sensitec in der Längen- und Positionssensorik mit der Energieeffizienz und Temperaturstabilität des neuen TMR-Effekts. Die TL900-Familie ist für die Verwendung mit aktiven Maßverkörperungen, z. B. lineare Maßstäbe, entwickelt worden. Die Sensoren sind so gestaltet, dass sie an einer Platinenkante bestückt werden können und somit einfach einen Maßstab abtasten können. Diese Sensorfamilie nutzt die PerfectWave Technologie, welche die Oberwellen im Ausgangssignal unterdrückt, um eine exzellente Positioniergenauigkeit und hohe Signalqualität zu realisieren. Diese Sensoren sind zuerst in einem LGA-Gehäuse für die SMD-Bestückung verfügbar. Auf Anfrage sind die TL900-Sensoren auch als Bare Die lieferbar. Aufgrund der niedrigen Leistungsaufnahme eignen sich die TL900 Sensoren besonders für Anwendungen, die mit Batterie oder Energy Harvesting betrieben werden. Die neuen Sensoren sind darüber hinaus auch für EX-Schutz Anwendungen besonders vorteilhaft. Merkmale –Basiert auf dem Tunnel Magnetoresistiven (TMR) Effekt –Beinhaltet zwei unabhängige Wheatstone- Brücken –Sinus- und Kosinus-Ausgangssignal –Umgebungstemperatur von -40 °C bis +125 °C –Verfügbar für SMD-Bestückung Vorteile –Extrem niedrige Leistungsaufnahme, dadurch ideal für Anwendungen mit Versorgung durch Batterie oder Energy Harvesting –Hohe Temperaturstabilität –Großer Arbeitsabstand zwischen Sensor und Maßverkörperung –Hohe Genauigkeit, auch bei schwachen Magnetfeldern –Hohe zulässige Grenzfrequenz erlaubt Hochgeschwindigkeits-Anwendungen (zulässige Winkelfrequenz des Magnetfeldes > 1 MHz) –Unempfindlich gegen homogene Störfelder –Kein Stabilisierungsfeld notwendig –Minimale Offsetspannung –Vernachlässigbare Hysterese Anwendungen –Inkrementelle und absolute Winkelgeber –Motor-Feedback-Systeme –Mikro-Manipulatoren –Mikroskop-Tische 55 Längen- und Positionsmessung TL900 Familie Produkteigenschaften Sensortyp Messanordnung FixPitch Pollänge [mm] TL915 5 mm TL914 PurePitch PerfectWave Mittelung (Anzahl Polpaare) 2.5 √ 1 3 mm 1.5 √ 1 TL913 2 mm 1 √ √ 2 TL912 1 mm 0.5 √ √ 2 TL911 0.5 mm 0.25 √ √ 2 Technische Daten Parameter ∆l Genauigkeit P Pitch lp TL915 TL914 TL913 TL912 TL911 Einheit < 1 % der Polteilung 5 3 2 1 0.5 mm Polteilung 2.5 1.5 1 0.5 0.25 mm d Arbeitsabstand ~2 ~1.2 ~0.8 ~0.4 ~0.2 mm VCC Versorgungsspannung 5 V Voff Offsetspannung pro VCC ±15 mV/V Vpeak Signalamplitude pro VCC 150 mV/V RB Brückenwiderstand normal low power 1) 12 1200 kΩ RS Sensorwiderstand normal low power 1) 6 600 kΩ Tamb Umgebungstemperaturbereich -40 … +125 °C hochohmige Version Bei den Angaben in der Tabelle handelt es sich um charakteristische Werte. Datenblätter mit den vollständigen technischen Spezifikationen finden Sie unter www.sensitec.com. 1) Produktbezeichnungen Produktbezeichnung Gehäuse Abmessungen TL91xAMA-AE LGA6L 6 x 2.6 x 1.5 mm Die Sensoren der TL900-Familie sind auch als reine Chips (als Wafer, gesägt auf Folie und im Waffle-Pack) erhältlich. Für weitere Informationen zu dieser Lieferform wenden Sie sich bitte an Ihren zuständigen Vertriebsingenieur. Zur Evaluierung Ihrer Anwendung steht ein Mustermodul zur Verfügung – sprechen Sie hierzu unsere Vertriebsmitarbeiter an. Längen- und Positionsmessung Symbol 56 GLM700 Familie Längen- und Positionsmessung GLM700 Familie GMR-Zahnsensor-Module für die Längen- und Positionsmessung Modul Die Sensoren der GLM700-Familie sind für die Messung an passiven Maßverkörperungen, wie zum Beispiel Zahnstangen oder Zahnrädern, entwickelt worden. Diese Sensoren kombinieren GL700-Zahnsensoren mit einem Magneten in einem kompakten SMD-Gehäuse. Hierdurch können Entwicklungs- und Montageaufwände deutlich reduziert werden. Die Sensoren der GLM700-Familie messen die Modulation der magnetischen Flussdichte, welche durch die Bewegung von verzahnten ferromagnetischen Maschinenelementen im Magnetfeld erzeugt wird. Die auf dem GMR-Effekt basierenden Sensoren zählen zu den FixPitch-Sensoren und sind fest auf eine Zahnteilung angepasst. Es wird ein breites Spektrum an Zahnteilungen zwischen 0,94 mm und 3 mm abgedeckt. Ein großer Vorteil dieser Sensoren sind die flexiblen Einsatzmöglichkeiten bei verschiedensten, zahnähnlichen Strukturen. So können neben klassischen Verzahnungen wie Evolventenverzahnung auch geprägte Strukturen mit geringer Tiefe oder Löcher in ferromagnetischen Materialen als Maßverkörperung genutzt werden. Die Module liefern Sinus-/Kosinus-Signale von hoher Güte mit einer hohen Messauflösung. Zur Entwicklung und zum Testen der Sensormodule für Ihre Anwendung sind für alle Zahnteilungen Evaluation-Boards (GLAM7xx) mit liegend bestücktem GLM-Modul verfügbar. Das Board liefert die verstärkten Sinus- und Kosinus-Sensorsignale. Der Verstärkungsfaktor beträgt hierbei 37, so dass die Ausgangssignale leicht weiterverarbeitet werden können. Merkmale –Sensormodul zur Abtastung von Zahnstrukturen –Basiert auf dem Giant Magnetoresistiven (GMR) Effekt –Differenzielle Sinus- und Kosinussignale –Umgebungstemperatur von -40 °C bis +125 °C –Geeignet für die SMD-Montage Vorteile –Integrierter Magnet für beste Performance und einfache Handhabung –Großer Dynamikbereich für Hochgeschwindigkeitsanwendungen –Stehende oder liegende Bestückung auf Platine möglich Anwendungen –Inkrementelle Längenmessung –Motor-Feedback-Systeme –Linearführungen mit integrierter Sensorik Längen- und Positionsmessung GLM700 Familie 57 Produktbezeichnungen Produktbezeichnung* Produktfoto Sin/Cos differenziell GLM7xxASB Sin/Cos verstärkt √ GLAM7xx Evaluation-Board √ Abmessungen Umgebungstemperaturbereich Tamb 13 x 5.5 x 3.5 mm -40 bis +125 °C 24 x 21 x 5.1 mm -25 bis +85 °C Die Sensoren der GLM700-Familie sind auch als reine Chips (als Wafer, gesägt auf Folie und im Waffle-Pack) erhältlich. Für weitere Informationen zu dieser Lieferform wenden Sie sich bitte an Ihren zuständigen Vertriebsingenieur. Zahnräder bzw. verzahnte Strukturen können bei vielen Lieferanten bezogen werden. Es muss beachtet werden, dass ein ferromagnetisches Material eingesetzt wird, da nur dieses das Magnetfeld beeinflusst. In besonderen Fällen, wie z. B. für Kolbenstangen von Pneumatikzylindern, muss die Zahnstruktur verschlossen werden, damit eine glatte Oberfläche entsteht. Hierzu stehen verschiedene Techniken zur Verfügung, um trotz weichmagnetischer Zahnstruktur eine glatte Oberfläche zu erhalten. Für weitere Informationen stehen wir gerne zur Verfügung. Symbol Parameter GLM711 GLM712 GLM713 GLM714 GLM715 Einheit P Zahnteilung 1.0 2.0 3.0 0.94 (Modul 0.3) 1.57 (Modul 0.5) mm d Arbeitsabstand ~200 ~400 ~600 ~190 ~310 µm VCC Versorgungsspannung RB Brückenwiderstand 5.5 RS Sensorwiderstand 2.75 f Frequenzbereich 1) 5 5.7 5.7 2.85 Sensormodul beim Abtasten einer Kolbenstange Längen- und Positionsmessung Technische Daten * Siehe Tabelle „Technische Daten“ V 5.6 5.8 kΩ 2.8 2.9 kΩ <1 MHz ohne signifikante Einbußen der Signalamplitude Bei den Angaben in der Tabelle handelt es sich um charakteristische Werte. Datenblätter mit den vollständigen technischen Spezifikationen finden Sie unter www.sensitec.com. 1) Anordnungen Prinzipdarstellung der Ausgangssignale GLM Sensormodule können u.a. mit folgenden Zahnstrukturen betrieben werden: Pitch = p GLM module Pitch = p d GLM module d h h w w g Pitch = p GLM module GLM module d d h w g Pitch = p g Benötigte Zahnstangen sind auf Anfrage erhältlich. h 58 EBX Familie Längen- und Positionsmessung EBX Familie Sensormodule mit inkrementalem Ausgang Modul Die Sensormodule für die inkrementelle Messung bestehen aus MR-Sensoren, die zusammen mit der Signalverarbeitungselektronik auf einer Leiterplatte aufgebaut sind. Es gibt hierbei Standardmodule für aktive und auch passive Maßverkörperungen. Die EBR-Sensormodule verfügen zusätzlich über einen weiteren Sensor, der zusammen mit der geeigneten Maßverkörperung ein Referenzsignal erzeugt. Die Sensormodule der 7900-Reihe sind für die Messung an aktiven, also magnetisierten Maßstäben vorgesehen, während die Module der 7800-Reihe über einen zusätzlichen integrierten Magneten verfügen und sich damit für die Abtastung von passiven Zahnstrukturen eignen. Es gibt mehrere Module mit unterschiedlichster elektrischer Schnittstelle. So können serielle SSIoder BiSS-Signale ebenso erzeugt werden wie differenzielle digitale AB-Signale mit zusätzlichem Referenzsignal (Z-Signal). Einige der Module bieten eine sehr kompakte Bauform und können auch in kleinstem Bauraum integriert werden. Durch die breite Auswahl an Sensormodulen, die sich durch Robustheit und geringen Konstruktions- und Montageaufwand beim Endanwender auszeichnen, wird eine schnelle Markteinführung neuer Produkte ermöglicht. Die Mehrheit der Sensormodule ist bezüglich ihrer Sensoreigenschaften (wie z. B. Offset) abgeglichen und bietet eine bessere Genauigkeit mit geringerem Flankenjitter. Merkmale –AB-Signale (TTL bzw. HTL) –Z-Signal bei einigen Modulen verfügbar –Breiter Umgebungstemperaturbereich Vorteile –Leichte Montage –Robuste, kompakte Bauform Anwendungen –Positionierung an Linearführung –Elektronische Messwertaufnahme am Durchflussventil Längen- und Positionsmessung EBX Familie VCC EMV Protection GND MR-Sensor Interpolator EEPROM PA EMV Protection PB Prog. Interface Das Bild zeigt die typische Beschaltung eines Sensormoduls zur inkrementellen Messung. Die Sensorsignale werden in der Elektronik konditioniert und dem Anwender zumeist als digitale Signale zur Verfügung gestellt. Diese digitalen Rechtecksignale dienen auch zur Richtungserkennung und sind daher phasenverschoben ausgeführt (PA und PB). Ebenfalls stehen bei einigen Modulen differenzielle Signale (NA und NB) bzw. auch ein Referenzsignal (PZ und differenziell NZ) zur Verfügung. Die Elektronik ist zudem programmierbar bzw. über externe Beschaltung parametrierbar, so dass die Auflösung frei gewählt und bei den meisten Sensormodulen der Sensoroffset und Phasenfehler kompensiert werden kann. Zusätzlich zu den Standard-Sensormodulen gibt es eine Vielzahl kundenspezifischer Lösungen mit teilweise speziellen Funktionen und Bauformen. Zugeschnitten auf individuelle Anforderungen und Gegebenheiten des Kunden, bieten diese Sensormodule nach dem erforderlichen Entwicklungsprozess viele Vorteile. Setup Signal Processing 59 Prog. Das „x“ in den Produktbezeichnungen kennzeichnet unterschiedliche Varianten. Für weitere Informationen nutzen Sie das Datenblatt des jeweiligen Moduls, welches Sie im Internet oder bei Ihrem zuständigen Vertriebsingenieur erhalten. Betriebsspannung Vcc Pitch (p) Ausgang Referenz Messschritte/Polteilung (z) 1) 2) Information EBI7901 5V 1 mm > 2 mm PA, PB – 4 - 80 FreePitch (> 2 mm) EBI7903 5V 1 mm PA, PB, PZ – 8 - 8192 Z-Signal/Pitch EBI7904 5V 1 mm PA, PB – 8 - 8192 EBR7911 5V 10 - 30 V 2 mm PA, NA, PB, NB, PZ, NZ √ 4 - 400 EBR7912 3.3 - 5 V 2 mm PA, NA, PB, NB, PZ, NZ √ 4 - 256 5V 0.94 mm 1 mm 1.57 mm 2 mm 3 mm PA, NA, PB, NB (PZ, NZ) (√) 4 - 400 Referenz optional 5V 0.94 mm 1 mm 1.57 mm 2 mm 3 mm PA, NA, PB, NB, (PZ, NZ) (√) 1 Vss Referenz optional Sensormodul EBx7811 Wählbar Umrechnung der Auflösung p - Teilung (Pitch) in mm n - Anzahl der Pole/Zähne pro Umdrehung z - Anzahl der Messschritte pro Polteilung 1) 2) Bei Linearanwendungen: Auflösung (mm) = p / z Bei Polringanwendungen: Auflösung ( ° ) = 360° / (n * z) Anordnungen für EBx7900 Anordnungen für EBx7800 SmartFit Längen- und Positionsmessung Selection Guide 60 Technische Daten Längen- und Positionsmessung Technische Daten Sensormodule für aktive Maßverkörperungen Produktbezeichnung EBI7901CAx-DA FixPitch 1 mm EBI7901ZAx-DA FreePitch > 2 mm Produktbezeichnung EBI7903CAx-DA zusätzlicher Z-Puls Produktbezeichnung EBI7904CAx-DA Produktbezeichnung EBR7911EBx-DA Versorgungsspannung 5 V EBR7911EBx-FA Versorgungsspannung 10-30 V Produktbezeichnung EBR7912EBx-DA Auflösung bis 80 Messschritte/Polteilung Verwendeter Sensor AL798 / AA747 Länge 15.5 mm Breite 6 mm Höhe 2 mm Umgebungstemperatur -40 °C bis +100 °C FixPitch 1 mm, Auflösung bis 8192 Messschritte/Polteilung Verwendeter Sensor AL798 Länge 9.4 mm Breite 9.8 mm Höhe 3.2 mm Umgebungstemperatur -25 °C bis +85 °C FixPitch 1 mm, Auflösung bis 8192 Messschritte/Polteilung Verwendeter Sensor AL798 Länge 9.4 mm Breite 9.8 mm Höhe 3.2 mm Umgebungstemperatur -25 °C bis +85 °C FixPitch 2 mm, Auflösung bis 400 Messschritte/Polteilung Verwendeter Sensor AL796, GF708 Länge 20.5 mm Breite 28.6 mm Höhe 5.6 mm Umgebungstemperatur -40 °C bis +100 °C FixPitch 2 mm, Auflösung bis 256 Messschritte/Polteilung Verwendeter Sensor AL796, GF705 Länge 15 mm Breite 15 mm Höhe 7.2 mm Umgebungstemperatur -40 °C bis +105 °C EBI7901 EBI7903 EBI7904 EBR7911 EBR7912 Längen- und Positionsmessung Technische Daten 61 Technische Daten Sensormodule für passive Maßverkörperungen EBI7811xBx-DA EBR7811xBx-DA mit Referenz Produktbezeichnung EBI7811xDB-DA EBR7811xDB-DA mit Referenz FixPitch diverse, bis 400 Messschritte/Polteilung Verwendeter Sensor GL700 Länge 15 mm Breite 15 mm Höhe 5.2 mm (EBI) / 7 mm (EBR) Umgebungstemperatur -40 °C bis +100 °C FixPitch diverse, Sinus-/Kosinus-Signal 1 Vss Verwendeter Sensor GL700 Länge 15 mm Breite 15 mm Höhe 5.2 mm (EBI) / 7 mm (EBR) Umgebungstemperatur -40 °C bis +100 °C EBI7811 EBR7811 Längen- und Positionsmessung Produktbezeichnung 62 Linearmassstäbe Längen- und Positionsmessung Linearmaßstäbe Komponente Es stehen zwei Materialvarianten als aktive Linearmaßstäbe zur Verfügung. Die aus einem reinen Hartferrit-Material bestehenden Linearmaßstäbe zeichnen sich durch eine hohe Remanenz und hohe Präzision aus. Die auf einem Edelstahlband aufgebrachten Tromaflex®-Maßstäbe sind äußerst flexibel einsetzbar und eignen sich auch für größere Längen. Auf den Maßstäben können verschiedene Polteilungen mit abwechselnden Nord- und Südpolen sowie Referenzspuren magnetisiert werden. Bei einer Magnetisierung mit einer reinen Inkrementalspur entspricht die Breite der Magnetisierung der Breite des Maßstabes. Die Maßstabslänge ist bei den Tromaflex®-Maßstäben beliebig wählbar. Aufgrund ihrer Materialeigenschaften eignen sich Hartferrit-Maßstäbe eher für kurze Längen – bitte sprechen Sie uns an, wenn Sie hier besondere Anforderungen haben. Produktbezeichnung MLx YYYYUAz UA Tromaflex® MLx YYYYHAz UA Hartferrit Produktspezifischer Temperaturbereich, Standardverpackung Polteilung (siehe Tabelle rechts) Anzahl der Pole I - Linearmaßstab inkrementell magnetisiert R -Linearmaßstab inkrementell magnetisiert mit Referenzspur Technische Daten – Tromaflex®-Maßstäbe z Polteilung A 0.5 mm B 1.0 mm C 2.0 mm D 2.5 mm E 5.0 mm Beispiel: MLI0050UAC-UA Inkrementell, 2 mm Polteilung, 100 mm Maßstablänge Technische Daten – Hartferrit-Maßstäbe Parameter Wert mm Längen (ab Lager) 1) 14 / 24 / 35 mm 10 mm Breite 4 mm Höhe 1.3 mm Höhe 2 mm Polteilung 0.5 / 1.0 / 2.0 / 2.5 / 5.0 mm Polteilung 0.5 / 1.0 / 2.0 / 2.5 / 5.0 mm Genauigkeit der Pollängen 1 % Genauigkeit der Pollängen 1 % Umgebungstemperaturbereich -20 bis +70 °C Umgebungstemperaturbereich -20 bis +200 °C Parameter Wert Längen (ab Lager) 1) 10 / 20 / 50 / 100 / 200 (± 1 mm) Breite Tromaflex® – Markenzeichen der Max Baermann GmbH 1) Weitere Maßstabslängen auf Anfrage Einheit 1) Weitere Maßstabslängen auf Anfrage Einheit Längen- und Positionsmessung Magnetisierung 63 Als Hersteller für magnetische Sensoren und Lieferant von kompletten Sensor-Lösungen ist das Know-How der Magnetisierung eine unserer weiteren Kern-Kompetenzen. Neben den hochpräzisen Magnetisierungsanlagen für Polringe und Linearmaßstäbe benutzen wir Simulations-Tools, um die Magnetisierung der Maßverkörperungen optimal auszulegen. Hierbei können wir Parameter wie Magnetmaterial, Arbeitsabstand und Justagetoleranzen bewerten und die Maßverkörperung für Ihre Anwendung optimal auswählen bzw. auslegen. Selbstverständlich berücksichtigen die Berechnungen die Chipeigenschaften unserer MR-Sensoren, um eine maximale Performance für das Gesamtsystem zu erreichen. Unsere Magnetisierungsanlagen verfügen über hochgenaue Referenzsysteme, die sowohl bei der Magnetisierung als auch bei der nachträglichen Messung für höchste Genauigkeit sorgen. Die Magnetisierungsanlagen wurden so konzipiert, dass sie für den Serieneinsatz mit dem Anspruch auf Kostenoptimierung eingesetzt werden können. Das Konzept lässt dennoch eine hochflexible Nutzung für Muster und Kleinmengen zu. Dies stellt einen großen Vorteil dar, weil während der Entwick- lungsphase von magnetischen Maßverkörperungen bereits auf Serienanlagen produziert werden kann und die Mustermengenkosten niedrig gehalten werden können. Die Magnetisierung wird in einem Impulsverfahren durchgeführt. Jeder magnetische Pol wird hierbei mit einer sehr großen Feldstärke in das Magnetmaterial eingebracht. Hiermit ist auch eine Magnetisierung von z. B. kunststoffgebundenem NeFeB-Material möglich. Bei der Magnetisierung von Polringen wird die entstehende „Stoßstelle“ zwischen Start und Ende der Magnetisierung durch ein intelligentes Verfahren eliminiert. Polringe und Linearmaßstäbe können mit bis zu 3 Spuren magnetisiert werden. Neben reinen Inkrementalspuren können Referenzspuren mit einem oder mehreren Polen und natürlich auch Codespuren mit diversen Mustern aus Nord- und Südpolen magnetisiert werden. Längen- und Positionsmessung Magnetisierung 64 Strommessung Strommessung 65 Sensoren zur Strommessung von Sensitec messen elektrische Ströme hochdynamisch und präzise. Sensitec-Sensoren glänzen durch extrem kleine Bauweise, hervorragende Linearität und hohe Messgenauigkeit bei deutlich reduziertem Energiebedarf. Strommessung Wenn man jeden Ausschlag messen kann, dann kann man ihn auch geben. 66 Strommessung Strommessung Die Sensitec Stromsensoren auf Basis der innovativen MR-Technologie bieten neben ihrer sehr kleinen, leichten und kompakten Bauform eine hohe Genauigkeit und Zuverlässigkeit selbst unter schwierigsten Einsatzbedingungen. Sie erlauben eine hochdynamische und verlustarme Messung von Gleich- und Wechselströmen im Bereich von wenigen Milliampere bis zu mehreren hundert Ampere. Sie können Spitzenströme bis zum dreifachen Nennstrom abbilden. Mit einer Bandbreite von bis zu 2 MHz und einer entsprechend schnellen Ansprechzeit eignen sich die Sensoren hervorragend für Anwendungen, in denen hochdynamische Ströme präzise gemessen werden müssen. Die Empfindlichkeit von MR-Sensoren ist etwa 50-mal höher als bei herkömmlichen Messprinzipien, wie beispielsweise dem Hall-Effekt. Dadurch erübrigen sich Komponenten wie Ferrit- oder schwere Eisenkerne, die typischerweise zur Konzentration und Führung des Magnetfeldes dienen. Die Sensitec-Stromsensoren zeichnen sich daher durch ihr geringes Gewicht und ihre kaum messbare Hysterese aus. Das Arbeitsprinzip der Sensitec-Stromsensoren basiert auf einer kompensierten Differenzfeldmessung. Der Primärstrom fließt durch eine U-förmige Stromschiene und erzeugt einen Magnetfeldgradienten zwischen den beiden Seiten der Schiene. Dieser Gradient wird von einem MR-Sensor oberhalb der Stromschiene gemessen und durch einen Kompensationsstrom ausgeglichen. Der dazu notwendige Kompensationsleiter ist im MR-Sensor integriert. Durch diese Integration und den daraus resultierenden geringen Abstand ist ein äußerst geringer Kompensationsstrom notwendig. Die Größe des Kompensationsstroms ist das Maß für den Messstrom und stellt das Ausgangssignal des Stromsensors dar. Das Ergebnis ist ein äußerst kleiner und leichter Stromsensor, der unempfindlich für homogene Störfelder ist und eine geringe Verlustleistung aufweist. Dem Anwender stehen insgesamt vier Stromsensorfamilien für die Leiterplattenmontage zur Verfügung, die sich u. a. in ihrer Baugröße, Versorgungsspannung und Bandbreite unterscheiden. Der CFS1000 ist ein programmierbarer Stromsensor im SMD Gehäuse mit externer Stromschienenführung, dessen Strombereich sich durch die Geometrie der Stromschiene einstellen lässt. Derselbe Sensor kann somit für die unterschiedlichsten Anwendungen verwendet werden. Der CMS2000 im THT-Gehäuse und bipolarer 15 V-Spannungsversorgung eignet sich aufgrund der besonders hohen Ausgangsspannungen insbesondere für rauscharme messtechnische Aufgabenstellungen. Über eine Bandbreite von 2 MHz und Antwortzeiten zwischen 25 und 90 ns verfügt die Weiterentwicklung des CMS2000, der CMS3000. Er ermöglicht die Strommessung in Anwendungen, in denen es bisher unmöglich war, hochfrequente Ströme kompakt, genau und wirtschaftlich zu erfassen. Die CDS4000-Familie deckt mit neun Sensortypen einen Nennstrombereich bis 150 A ab und bietet eine unipolare Versorgungsspannung von 5 V sowie einen Stromausgang. Darüber hinaus weisen diese Sensoren eine einstellbare Überstromerkennung sowie einen Referenzspannungsein- und -ausgang auf. Strommessung 67 Schematischer Aufbau eines Stromsensors Querschnitt durch eine Sensoranordnung A) B) Störfeld Sensor chip Prinzip der Differenzfeldmessung ohne (Bild A) und mit externem Störfeld (Bild B). H stellt die Feldkomponenten dar. Stromschiene mit Magnetfeldvektoren Strommessung Stromschiene 68 CFS1000 Strommessung CFS1000 Programmierbarer SMD-gehäuster AMR Stromsensor System Der programmierbare Stromsensor CFS1000 wurde für die hochdynamische elektronische Messung von DC, AC sowie gepulsten Strömen mit integrierter galvanischer Trennung entwickelt. Der Anisotrope Magnetoresistive Effekt (AMR) ermöglicht ein exzellentes dynamisches Ansprechen ohne das Hystereseverhalten, das bei herkömmlichen Strommesssystemen mit Eisenkern auftritt. Das CFS1000-Sensorsystem besteht aus einem AMR-Sensorchip, einer Auswerteschaltung (ASIC) sowie zwei Magneten in einem SMD SO16-Gehäuse. Der Messbereich des Stromsensors wird über die Geometrie einer externen Stromschiene eingestellt und ermöglicht so ein breites Anwendungsfeld. Der zu messende Strom (Primärstrom) wird unterhalb des Sensors durch eine Leiterplatte oder eine Stromschiene geführt. Durch eine U-förmige Stromführung wird ein differenzielles Magnetfeld erzeugt, welches den Einfluss magnetischer Störfelder verringert. Aufgrund der Kompensation des Primärfeldes („closed-loop principle“) werden zudem eine hohe Linearität sowie eine geringe Temperaturabhängigkeit erreicht. CFS1000-Stromsensoren sind für den Großserieneinsatz vorgesehen. Merkmale –Basiert auf dem anisotropen magnetoresistiven (AMR) Effekt –Messbereich definiert durch die Geometrie des externen Stromleiters –Unempfindlich gegenüber magnetischen Störfeldern –Galvanische Trennung zwischen Messsignal und Auswerteschaltung –Optionale Kalibrierung von Empfindlichkeit und Offset am Bandende in der Endanwendung –Messbereich bis zum 3fachen Nennstrom Vorteile –Exzellente Genauigkeit –Breitbandige Strommessung: DC, AC (bis 500 kHz) –Standard SMD SO16w-Gehäuse –Überstromerkennung mit einstellbarem Schwellenwert –Vernachlässigbare Hysterese –Temperaturbereich -40 °C bis +125 °C Anwendungen –Elektrische Antriebstechnik (Industrie, Elektromobilität) –Frequenzumrichter –Photovoltaik (Wechselrichter, Mikroinverter) –Batteriemanagement –Stromversorgungen (Schweißtechnik) –Laserdioden-Treiber –Schaltnetzteile Strommessung CFS1000 CFS1000 Technische Daten Symbol Parameter Min. Typ. Max. Unit VCC Versorgungsspannung 4.75 5.00 5.25 V IPN Primärnennstrom (RMS)1) 10 - 1000 A IoutN Ausgangsstrom bei IPN - 2 - mA fco Obere Grenzfrequenz (-3 dB) - 500 - kHz εΣ Gesamtgenauigkeit (T = 25 °C; kalibriert) 2) - - ±1 % TεΣ Gesamtgenauigkeit (T = -40 bis +125 °C; kalibriert) - - ±2 % εΣ’ Gesamtgenauigkeit (T = 25 °C; nicht kalibriert) - ±4 - % TεΣ’ Gesamtgenauigkeit (T = -40 bis +125 °C; nicht kalibriert) - ±5 - % Tamb Umgebungstemperatur -40 - +125 °C Der Strombereich wird durch die Geometrie des externen Primärleiters definiert. Messbereich ist der 3fache Primärnennstrom, beschränkt auf 1 s in einem 60 s Intervall. Der Gesamtgenauigkeitsfehler beinhaltet Offset-, Linearitäts- und Empfindlichkeitsfehler ( εΣ = εG + ε off + εlin). 2) Produktbezeichnungen Kalibriereinheit Produktbezeichnung Anzahl Anschlüsse CFP1000AAA CFS1000 Stromsensor bestehend aus AMR Sensorchip, Signalverarbeitungsschaltkreis und zwei Stützmagneten. Bei den Angaben in der Tabelle handelt es sich um charakteristische Zielwerte. Datenblätter mit den vollständigen technischen Spezifikationen finden Sie unter www.sensitec.com. Produktbezeichnung Sensor Produktbezeichnung Gehäuseform Abbildung Abbildung 1x CFS1000AAA CFP1000ABA SOIC16w Tape & Reel 4x Produktbezeichnungen Evaluation Boards Produktbezeichnung Lieferform I PN (A) I PR (A) CFK1015AAA 15 45 CFK1025AAA 25 75 CFK1050AAA 50 150 CFK1100ABA 100 300 CFK1250ABA 250 750 CFK1400ABA 400 1200 CFK1200ACA 3 x 200 3 x 600 IPN : Primärer Nennstrom (RMS) IPR : Messbereich (für 1 s in 60 s Intervall; RM = 300 Ω) Analytische Simulation Abbildung Analytische Simulation des CFS1000 zur Auslegung von Standard-Stromschienengeometrien Strommessung 1) 69 70 CMS2000 Familie Strommessung CMS2000 Familie AMR Stromsensoren mit hohem Signal-Rausch-Abstand System Online erhältlich bei www.rs-components.de Die CMS2000-Stromsensor-Familie ist zur hochdynamischen, elektronischen Messung von Gleich- und Wechselströmen entworfen und bietet zudem eine sichere Trennung zwischen dem Messsignal und der Auswerteschaltung. Die MR-Technologie bringt eine exzellente dynamische Reaktionszeit mit sich und ist nicht mit einer Hysterese behaftet, wie sie in Eisenkern-basierenden Stromsensoren auftritt. Die CMS2000-Stromsensor-Familie bietet Sensoren zur Leiterplattenmontage für einen Nennstrombereich von 5 A bis 100 A, die sich aufgrund des großen Bereichs der Signalausgangsspannung von bis zu ± 7,5 V und dem entsprechend großen Signal-Rausch-Abstand insbesondere für Anwendungen in der leistungselektronischen Messtechnik eignen. Merkmale –5 Sensortypen für den Nennstrombereich von 5 A bis 100 A –Messbereich bis zum dreifachen Nennstrom –Galvanische Trennung zwischen dem Mess signal und der Auswerteschaltung –Bipolare ±15 V Versorgungsspannung –Basiert auf dem anisotropen magneto resistiven (AMR) Effekt Vorteile – Hoher Signal-Rausch-Abstand – Exzellente Genauigkeit – Geringe Temperaturdrift – Hohe dynamische Reaktionszeit – Niedrige Primär-Induktivität – Vernachlässigbare Hysterese Anwendungen – Solarwechselrichter – Messtechnik – Frequenzumrichter – Variable AC Antriebe – Konverter für Gleichstrommotoren – Unterbrechungsfreie Stromversorgung – Schaltnetzteile – Stromversorgung in der Schweißtechnik 71 Strommessung CMS2000 Familie Servoregler mit CMS2015-Stromsensoren Technische Daten Demoboard CMK2000 Symbol Parameter Min. Typ. Max. Einheit VCC Versorgungsspannung ± 12 - ± 15 V VoutN Nominale Ausgangsspannung (RMS, bei SP3 u. SP10) - - ± 2.5 V VoutN Nom. Ausgangsspannung (RMS, bei SP7) - - ± 1.25 V ICN Stromverbrauch bei Nennstrom - - 45 mA εΣ Gesamtgenauigkeit für SP3 1) - ± 0.8 - % of IPN εΣ Gesamtgenauigkeit für SP10 1) - ± 0.5 - % of IPN fco Obere Grenzfrequenz (-1 dB) - 100 200 kHz Tamb Umgebungstemperaturbereich -25 - +85 °C TB Stromschienen-Temperatur -25 - +85 °C Gehäusegröße 1) 35.0 x 7.3 x 23.0 mm (L x B x H) εΣ = εG + εlin mit VCC = ± 15 V und Tamb = 25 °C. Bei den Angaben in der Tabelle handelt es sich um charakteristische Werte. Datenblätter mit den vollständigen technischen Spezifikationen finden Sie unter www.sensitec.com. Produktbezeichnungen Aufbau und Beschaltung des CMS2000 Typische Strom-Sprungantwort (CMS2015) I t Produktbezeichnung Sensor Produktbezeichnung Demoboard CMS2005-SP3 I PN I PR εΣ (A) (A) (% of I PN) CMK2005-SP3 5 15 ±0.8 CMS2005-SP10 - 5 15 ±0.5 CMS2015-SP3 CMK2015-SP3 15 45 ±0.8 CMS2015-SP10 - 15 45 ±0.5 CMS2025-SP3 CMK2025-SP3 25 75 ±0.8 CMS2025-SP10 - 25 75 ±0.5 CMS2050-SP3 CMK2050-SP3 50 150 ±0.8 CMS2050-SP7 - 50 220 ±0.8 CMS2050-SP10 - 50 150 ±0.5 CMS2100-SP3 CMK2100-SP3 100 300 ±0.8 CMS2100-SP10 - 100 300 ±0.5 IPN Primärer Nennstrom (RMS). IPR Messbereich für 1 s in 60 s Intervall (@SP7 nur 20 ms in 2 s Intervall). Gehäuse Strommessung Das Demoboard CMK2000 bietet die Möglichkeit, sich schnell und unkompliziert mit den Vorteilen und Merkmalen der CMS2000-Stromsensoren vertraut zu machen. 72 CMS3000 Familie Strommessung ier t Nomin mes er H n e für d 14 auf 0 2 Award nover n d e r H a e! Mes s CMS3000 Familie AMR Stromsensoren mit 2 MHz Bandbreite System Online erhältlich bei www.rs-components.de Die CMS3000-Stromsensor-Familie ist eine Weiterentwicklung der bewährten CMS2000 Baureihe. Mit einer Bandbreite von 2 MHz und einem Temperaturbereich von -40 °C bis +105 °C gehören sie zu den besten ihrer Klasse. Dank dieser Leistungsmerkmale eröffnen sich den CMS3000 Stromsensoren neue Anwendungsbereiche, in denen es bisher nicht möglich war, hochdynamische Ströme derart präzise, kompakt und kosteneffizient zu messen. Die neue CMS3000 Familie beruht auf dem magnetoresistiven Effekt. Neben ihrer sehr kleinen, leichten und kompakten Bauform bieten die Stromsensoren ein hohes Maß an Genauigkeit und Zuverlässigkeit, selbst unter schwierigsten Umgebungsbedingungen. Sie ermöglichen eine einfache und verlustarme Messung von Gleich- und Wechselströmen mit einem hohen Signal-Rausch-Abstand. Wichtige Eigenschaften sind zudem die sichere galvanische Trennung zwischen Messsignal und Auswerteschaltung, eine exzellente dynamische Reaktionszeit und eine vernachlässigbar geringe Hysterese, wie sie typischerweise in anderen Arten von Stromsensoren, die auf Eisenkernen basieren, auftritt. Merkmale – 5 Sensortypen zur Leiterplattenmontage für Nennstrombereiche von 5 A bis 100 A – Messbereich bis zum dreifachen Nennstrom – Galvanische Trennung zwischen dem Messsignal und der Auswerteschaltung – Bipolare ±15 V Versorgungsspannung – Basiert auf dem anisotropen magnetoresistiven (AMR) Effekt Vorteile – Sehr hohe Bandbreite bis 2 MHz – Hohe dynamische Reaktionszeit – Hoher Temperaturbereich von -40 °C bis +105 °C – E xzellente Genauigkeit – Vernachlässigbare Hysterese – Kompakte Abmessungen – Hoher Signal-Rausch-Abstand Anwendungen – Steuerung von Elektromotoren – DC/DC Wandler – Treiber für Laserdioden – Audioverstärker – Zustandsüberwachung – Schaltnetzteile – Sensorlose BLDC-Motoren – Schwingkreis-Wechselrichter 73 Strommessung CMS3000 Familie Servoregler mit CMS3050 Stromsensoren Technische Daten Symbol Parameter Min. Typ. Max. Einheit VCC Versorgungsspannung ± 11.4 ± 15 ± 15.7 V fco Bandbreite (-3 dB) — 2 — MHz tresp Ansprechzeit — 40 — ns VoutN Ausgangsnennspannung (RMS) — ± 2.5 — V Gesamtgenauigkeit 1) — ± 1.0 ± 1.6 % of IPN ICN Stromaufnahme bei Nennstrom — 50 60 mA Tamb Umgebungstemperatur − 40 — + 105 °C TB Stromschienentemperatur − 40 — + 125 °C ∑ er Gesamtgenauigkeitsfehler beinhaltet Offset-, Linearitäts- und Empfindlichkeitsfehler D ( ∑ = G + off + lin ) bei VCC = ±15 V und Tamb = 25 °C. Bei den Angaben in der Tabelle handelt es sich um charakteristische Zielwerte. Datenblätter mit den vollständigen technischen Spezifikationen finden Sie unter www.sensitec.com. 1) Produktbezeichnungen Produktbezeichnung Sensor Produktbezeichnung Demoboard IPN (A) IPR (A) CMS3005ABA CMK3005ABA 5 15 CMS3015ABA CMK3015ABA 15 45 CMS3025ABA CMK3025ABA 25 75 CMS3050ABA CMK3050ABA 50 150 CMS3100ABA CMK3100ABA 10 300 Gehäusegröße (mm) Gehäuse 35.0 × 7.3 × 23.0 (L × B × H) I PN : Primärer Nennstrom (RMS), I PR : Messbereich (für 1 s in 60 s Intervall) Ansprechzeit Eine hohe Bandbreite führt zur erheblichen Verkürzung der Ansprechzeit (Bsp. CMS3005ABA im Vergleich mit einem 200 kHz Stromsensor). Demoboard CMK3000 Das Demoboard CMK3000 bietet die Möglichkeit, sich schnell und unkompliziert mit den Vorteilen und Merkmalen der CMS3000 Stromsensoren vertraut zu machen. Strommessung Aufbau und Beschaltung des CMS3000 74 CDS4000 Familie Strommessung CDS4000 Familie Kompakte AMR Stromsensoren mit Überstromerkennung System Online erhältlich bei www.rs-components.de Die CDS4000-Stromsensor-Familie ist zur hochdynamischen, elektronischen Messung von Gleich- und Wechselströmen entworfen und bietet zudem eine sichere Trennung zwischen dem Messsignal und der Auswerteschaltung. Die MR-Technologie bringt eine exzellente dynamische Reaktionszeit mit sich und ist nicht mit einer Hysterese behaftet, wie sie in Eisenkern-basierenden Stromsensoren auftritt. Die Systemgenauigkeit kann weiter verbessert werden, wenn die interne oder externe Referenzspannung verwendet wird. Dadurch verringert sich die Temperaturdrift und mehrere Sensoren können eine gemeinsame Referenzspannung nutzen. Die einstellbare Überstromerkennung erlaubt eine schnelle Reaktion auf Überlastungen im System und hilft somit, Schäden zu verhindern. Die CDS4000-Stromsensor-Familie bietet Sensoren zur Leiterplattenmontage für einen Nennstrombereich von 6 A bis 150 A für zahlreiche industrielle Anwendungen. Merkmale – 9 Sensortypen für den Nennstrombereich von 6 A bis 150 A – Messbereich bis zum dreifachen Nennstrom – Galvanische Trennung zwischen dem Messsignal und der Auswerteschaltung – Unipolare 5 V Versorgungsspannung – Einstellbare Überstromerkennung – Basiert auf dem anisotropen magnetoresistiven (AMR) Effekt Vorteile –Exzellente Genauigkeit –Geringe Temperaturdrift –Hohe dynamische Reaktionszeit –Externe Referenzspannung möglich –Niedrige Primär-Induktivität –Vernachlässigbare Hysterese –Netzspannungen bis 1000 V durch erhöhte Isolationsfestigkeit Anwendungen – Solarwechselrichter – Frequenzumrichter – Variable AC-Antriebe – Konverter für Gleichstrommotoren – Unterbrechungsfreie Stromversorgung – Schaltnetzteile – Stromversorgung in der Schweißtechnik – Laserdioden-Treiber – Schwingkreis-Wechselrichter 75 Strommessung CDS4000 Familie Servoregler mit CDS4006 Stromsensoren Technische Daten Symbol Parameter Min. Typ. Max. Einheit VCC Versorgungsspannung 4.75 5 5.25 V IoutN Ausgangsnennstrom (RMS) - 2 - mA ICN Stromverbrauch bei Nennstrom - 50 60 mA εΣ Gesamtgenauigkeit 1) - 0.8 1.3 % of IPN fco Obere Grenzfrequenz (-1 dB) 200 400 - kHz Tamb Umgebungstemperaturbereich -40 - +105 °C TB Stromschienen-Temperatur -40 - +105 °C Sensor-Typ 6, 10, 25, 50A Gehäusegröße 21.0 x 15.5 x 8.2 mm (L x B x H) Sensor-Typ 50, 100, 125, 150A Gehäusegröße 25.0 x 22.0 x 9.7 mm (L x B x H) 1) ( ∑ = G + off + lin ) mit VCC = 5 V und Tamb = 25 °C. Bei den Angaben in der Tabelle handelt es sich um charakteristische Zielwerte. Datenblätter mit den vollständigen technischen Spezifikationen finden Sie unter www.sensitec.com. Aufbau und Beschaltung des CDS4006 Produktbezeichnungen Sensor Produktbezeichnung Demoboard IPN (A) IPR (A) CDS4006ABC-KA CDK4006ABC-KA 6 18 CDS4010ABC-KA CDK4010ABC-KA 10 30 CDS4015ABC-KA CDK4015ABC-KA 15 45 CDS4025ABC-KA CDK4025ABC-KA 25 75 CDS4050ABC-KA CDK4050ABC-KA 50 150 CDS4050ACC-KA CDK4050ACC-KA 50 150 CDS4100ACC-KA CDK4100ACC-KA 100 300 CDS4125ACC-KA CDK4125ACC-KA 125 375 CDS4150ACC-KA CDK4150ACC-KA 150 450 Gehäuse I PN : Primärer Nennstrom (RMS), I PR : Messbereich (für 1 s in 60 s Intervall) Typische Strom-Sprungantwort (CDS4006) Demoboard CDK4000 I t Das Demoboard CDK4000 bietet die Möglichkeit, schnell und unkompliziert die Vorteile und Merkmale der CDS4000-Stromsensoren kennenzulernen. Strommessung Produktbezeichnung 76 Magnetfeldmessung Magnetfeldmessung 77 Wenn man jede Anziehungskraft messen kann, dann kann man sie auch haben. Magnetfeldmessung Sensoren zur Magnetfeldmessung von Sensitec sind in der Lage, auch extrem schwache magnetische Felder präzise zu messen. Sensitec-Sensoren erreichen sehr hohe Auflösungen und Reproduzierbarkeiten. 78 Grundlagen Magnetfeldmessung Magnetfeldmessung AMR-Magnetfeldsensoren von Sensitec sind besonders geeignet, um geringe Feldstärken mit einer hohen Auflösung zu messen. Die erreichbare Magnetfeldempfindlichkeit ist gegenüber anderen Festkörper-Magnetfeldsensoren, wie Hall-Sensoren, deutlich erhöht, bei wesentlich verbesserter Nullpunkt- und Temperaturstabilität. Für das Messen von schwachen Magnetfeldern, wie zum Beispiel dem Erdmagnetfeld mit ca. 40 A/m (50 µT), wird ein Sensor benötigt, der über eine hohe Empfindlichkeit und gute Nullpunktstabilität verfügt. Mit der hohen erreichbaren Magnetfeldempfindlichkeit von AMR-Sensoren in aktuellen Designs und Technologien sind diese besonders geeignet für Anwendungen im industriellen und automobilen Bereich, wie beispielsweise im elektronischen Kompass, im Magnetometer, bei der Fahrzeugerkennung oder zur Detektion magnetischer Objekte. Dadurch erreicht man eine effektive Verdrehung des Strompfades um 45° und verschiebt somit den Arbeitspunkt in den empfindlichsten Bereich der Kennlinie. Für unterschiedliche Orientierung zwischen interner Magnetisierung, Barberpolen und angelegtem äußeren Magnetfeld ergeben sich für kleine Aussteuerungen die in Bild 2 gezeigten Ausgangskennlinien. Um ein möglichst großes, weitgehend temperaturunabhängiges differenzielles Ausgangssignal zu erhalten, werden vier solcher AMR-Strukturen in einer Wheatstoneschen Brücke verschaltet (Bild 3). Grundlage dieser Sensoren ist der Anisotrope Magnetoresistive Effekt (AMR). Er tritt in ferromagnetischen Materialien wie Nickel, Eisen oder Kobalt auf. Es zeigt sich eine Widerstandsabhängigkeit von der Richtung des Stromflusses in Bezug auf die interne Magnetisierung (Anisotropie). Die relative Änderung des Widerstands zwischen paralleler und orthogonaler Orientierung beträgt 2 - 3 % für NiFe-Legierungen. Für Sensoranwendungen werden meist lange, dünne Strukturen verwendet, um einen hohen Flächenwiderstand und eine Vorzugsrichtung der Magnetisierung zu erhalten. Die Kennline eines einfachen AMR-Streifens ist in Bild 1 gezeigt. Die Empfindlichkeit für kleine Felder ist verschwindend gering. Außerdem ist die Kennlinie nur von der Amplitude des angelegten Feldes entlang der empfindlichen Achse abhängig, nicht jedoch von dessen Vorzeichen. Der herstellungsbedingte Brückenoffset führt zu einem Nullpunktfehler in der Magnetfeldmessung, der zudem temperaturabhängig ist. Zur hochempfindlichen Messung kleiner Felder wird ein Verfahren zur Elimination des Nullpunktfehlers benötigt. Hierzu wird das Flip-Prinzip eingesetzt. Mittels eines zusätzlichen im Sensor integrierten Leiters (Bild 4) kann die Vorzugsrichtung der Magnetisierung entlang der Streifen um 180° Zur Linearisierung der Kennlinie wird meist die Barberpol-Struktur verwendet. Dafür werden dünne Streifen hochleitfähigen Materials im Winkel von 45° über den AMR-Streifen angeordnet. 1 R Rmax Rmin Kennlinie eines einfachen AMR-Streifens H Magnetfeldmessung Grundlagen Um Feld- und Flussgrößen besser vergleichen zu können, ist hier eine Umrechnungstabelle angegeben. Umrechnungstabelle für magnetische Kenngrößen Feldgröße H Tesla [T] Gauss [G] (veraltet) A/m Oersted [Oe] (veraltet) Tesla 1 1.0 x 104 7.96 x 105 1.0 x 10 4 Gauss 1.0 x 10 -4 1 79.6 1 A/m 1.26 x 10 -6 1.26 x 10 -2 1 1.26 x 10 -2 Oersted 1.0 x 10 -4 1 79.6 1 gedreht werden. Dies führt nach den Bildern 2 und 3 zu einer Spiegelung der Kennlinie um den Brückenoffset herum. Die resultierende Ausgangskennlinie der beiden Flipzustände ist in Bild 5 gezeigt. Durch Aufnahme der Ausgangssignale in beiden Zuständen kann der Offset eliminiert werden. Bei kontinuierlicher Abfolge von Flippulsen wechselnder Polarität kann dies beispielsweise durch eine einfache Demodulation geschehen. Bisher waren die zum Flippen benötigten Ströme für viele mobile Anwendungen zu hoch. Durch die speziellen Designs der AFF700 Sensorfamilie von Sensitec konnte der benötigte Flipstrom gegenüber verfügbaren Lösungen deutlich reduziert werden und ermöglicht damit neue Anwendungsfelder. Durch dieses Design werden weiterhin das magnetische Rauschen und die Querempfindlichkeit der Sensoren minimiert, was insbesondere bei 2D/3D-Anordnungen eine Rolle spielt, wie man sie typischerweise in elektronischen Kompassen oder Magnetometern findet. 2 5 R H M H R R H M R + Uoff H - Ausgangskennlinie eines geflippten Sensors. Rot und Blau zeigen die zwei Flip-Richtungen. Die Offset-Spannung kann vom Schnittpunkt der beiden Kurven abgeleitet werden. 4 M Iflip Hflip Flip-Spule (oben) quer zur MR-Barberpolstruktur (unten) ausgerichtet Vss M H B = μ 0 μ rH mit μ 0 = Permeabilitätskonstante = 1,257 x 10 -6 Vs/Am und μr = relative Permeabilitätszahl (dimensionslos) Ua 3 M gilt für µr = 1 (Vakuum, näherungsweise Luft) R1 a) R2 M R4 R3 Vo H H H H H Linearisierung der Ausgangskennlinie in Abhängigkeit der Orientierung zwischen Barberpol und Magnetisierung GND b) a) Ersatzschaltung der Wheatstone-Brücke mit Barberpolstrukturen b) Offset der Ausgangskennlinie Magnetfeldmessung Flussgröße B 79 80 GMR-Technologie Magnetfeldmessung GMR-Technologie GMR-Magnetfeldsensoren von Sensitec in Multilayeroder Spin-Valve-Technologie sind besonders geeignet zur hochauflösenden Feldmessung sowie für Referenz- und Schaltanwendungen im industriellen Umfeld. Der GMR-Effekt In Schichtpaketen aus magnetischen und nichtmagnetischen Materialien tritt der Giant Magnetoresistive Effect (GMR) auf. Im Vergleich zum AMR-Effekt, der im Volumen auftritt, handelt es sich hierbei um einen Effekt an Grenzflächen eines Schichtstapels. Der Widerstand in Schichtebenen ist abhängig von der Orientierung der Magnetisierung der einzelnen Schichten zueinander. Die relative Änderung des Widerstands von paralleler zu antiparalleler Magnetisierung der benachbarten Schichten beträgt je nach Realisierung zwischen 10 % und 40 %. In GMR-Sensoren von Sensitec werden zwei Schichtstrukturen eingesetzt – Multilayer und Spin valve. Multilayer Über die Dicke einer nichtmagnetischen Zwischenschicht lässt sich eine magnetische Kopplung benachbarter ferromagnetischer Schichten erreichen, die ohne äußeres anliegendes Magnetfeld eine antiparallele Ausrichtung der Magnetisierung bewirkt (Bild 1). Durch Verwendung langer, schmaler Streifen der Schichtstapel wird eine Vorzugsachse der Magnetisierung und damit eine definierte Empfindlichkeitsrichtung erzeugt. Ein anliegendes Magnetfeld in der Schichtebene kann diese Kopplung überwinden und die Orientierung hin zu einer parallelen Konfiguration drehen. Es ergibt sich die in Bild 2 dargestellte Widerstandskennlinie. Sie ist nicht abhängig vom Vorzeichen des Feldes entlang der Empfindlichkeitsachse, sondern nur von seiner Amplitude. Daher eignen sich Sensoren mit Multilayer-Strukturen gut für Schaltanwendungen, ihre Empfindlichkeit bei kleinen Feldern ist sehr gering. Spin valve Das Spinventil, oder auch Spin valve genannt, ist im Grunde eine Weiterentwicklung des Multilayers. Hierbei wird, wie in Bild 3 dargestellt, in 2 antiparallel gekoppelten magnetischen Schichten (s. Multilayer) eine Schicht durch Kopplung mit einer weiteren magnetischen Lage in ihrer Magnetisierungsrichtung festgehalten (Pinning), wodurch eine Vorzugsrichtung erzeugt wird. Verwendet man lange, dünne Streifen, die senkrecht zur Pinning-Richtung orientiert sind, richtet sich der free layer ohne äußeres Feld in einem Winkel von 90° gegenüber dem pinned layer aus (Bild 4). Für ein Feld entlang der Pinning-Richtung erhält man nun die in Bild 5 gezeigte Widerstandskennlinie. Brückenschaltung von Multilayer- und Spin valve-Sensorelementen Um vier solcher Widerstandselemente zu einer Brückenanordnung mit differenziellem Ausgangssignal zu verschalten, werden meist zwei Widerstände abgeschirmt und die Änderung der ungeschirmten Widerstände als Brückenausgang gemessen. Für einen Spin valve-Sensor ist dies in Bild 6 exemplarisch dargestellt. Man erhält die in Bild 7 und Bild 8 gezeigten Ausgangskennlinien für eine solche Brücke aus Multilayer- bzw. Spin valve-Elementen. Magnetfeldmessung GMR-Technologie 1 2 (R-dR)/R[%] 100 Fe Cr Fe Cr Fe Cr Fe 80 60 40 20 0 B Multilayer mit antiparalleler Kopplung der magnetischen Schichten Widerstandkennline eines Multilayers im äußeren Magnetfeld 3 4 free layer free layer spacer spacer pinned layer pinned layer pinning layer pinning layerayer Schichtaufbau eines Spin valve-Elements Spin valve-Element mit Formanisotropie 5 6 100 80 60 40 20 0 Magnetfeld Brückenanordung Spin valve mit 2 abgeschirmten Widerständen (Pinningrichtung: rot, empfindliche Achse: blau, Schirm: grün) 7 8 Bswitch -BOP Vout Vpeak Voff -40 Bsat -20 BLin 0 BLin 20 Bsat 40 Magnetische Flussdichte Ausgangskennline einer Multilayer-Brückenschaltung mit zwei abgeschirmten Elementen Ausgangsspannung Ausgangsspannung Widerstandskennlinie einer Spin valve Struktur mit Formanisotropie (Pinningrichtung: rot, free layer: blau, äußeres Magnetfeld: grün) BOP VUL Vrange VLL Magnetische Flussdichte Ausgangskennline einer Spin valve-Brückenschaltung mit zwei abgeschirmten Elementen Magnetfeldmessung Widerstandsänderung in % 81 82 AFF700 Magnetfeldmessung AFF700 AMR Magnetfeldsensor Komponente Die AFF700-Sensorfamilie, basierend auf dem AMR-Effekt, ist für das Erkennen von schwachen Magnetfeldern konzipiert. Die Sensoren bestehen aus einer Wheatstone-Brücke und einem integrierten Flip-Leiter zur Offset-Korrektur. Dieser Aufbau reduziert den Temperatur-Koeffizienten des Offsets um den Faktor 100. Diese Sensorfamilie ist in der Lage, extrem schwache Magnetfelder im Bereich von einigen nT bis mT zu erfassen, einschließlich des Erdmagnetfeldes. Merkmale –Beruht auf dem AMR-Effekt –Verfügt über eine Wheatstone-Brücke –Mit integriertem Flip-Leiter –Umgebungstemperaturbereich von -40 °C bis +125 °C Vorteile –Extrem empfindlich –Großer Magnetfeldbereich –Geringer Stromverbrauch –Niedriger Widerstand der Flip-Spule –Sehr gutes Signal-zu-Rausch-Verhältnis Anwendungen –Elektronischer Kompass –Navigationssysteme –Batteriebetriebene Anwendungen –Magnetometrie –Verkehrsdetektion und Parkplatzüberwachung 83 Magnetfeldmessung AFF700 Technische Daten des AFF755 Symbol Parameter VCC Versorgungsspannung IF Erforderlicher Flip-Strom S Technische Daten des AFF756 Min. Typ. Max. Einheit Symbol Parameter Min. Typ. Max. Einheit - 5 9 V VCC Versorgungsspannung - 5 9 V ±150 - - mA IF Erforderlicher Flip-Strom ±400 - - mA Empfindlichkeit 13 15 17 mV/V kA/m S Empfindlichkeit 8 10 12 mV/V kA/m RB Brückenwiderstand 2.2 2.5 2.8 kΩ RB Brückenwiderstand 0.7 1.0 1.3 kΩ RF Flip-Leiter Widerstand 1.0 1.5 2.0 Ω RF Flip-Leiter Widerstand 1.0 1.5 2.0 Ω H ext Feldarbeitsbereich -400 - 400 A/m H ext Feldarbeitsbereich -800 - 800 A/m Hmax Max. Störfeld - ±400 - A/m Hmax Max. Störfeld - ±800 - A/m Bei den Angaben in den Tabellen handelt es sich um charakteristische Werte. Datenblätter mit den vollständigen technischen Spezifikationen finden Sie unter www.sensitec.com. Pin Anschlussbelegung für LGA-Gehäuse Symbol Parameter Pin Symbol Parameter 1 +IF Flip-Leiter 1 +IF Flip-Leiter 2 -Vout Negative Ausgangsspannung 2 -Vout Negative Ausgangsspannung 3 Itest Testanschluss 3 Itest Testanschluss 4 GND Masse 4 GND Masse 5 +Vout Positive Ausgangsspannung 5 +Vout Positive Ausgangsspannung 6 VCC Versorgungsspannung 6 VCC Versorgungsspannung 7 Itest Testanschluss 7 Itest Testanschluss 8 -IF Flip-Leiter 8 -IF Flip-Leiter Pin 1 ist auf dem Gehäuse durch einen Punkt markiert. Pin 1 ist auf dem Gehäuse durch einen Punkt markiert. Produktbezeichnungen Anschlüsse des SO8 Gehäuses Produktbezeichnung Gehäuse AFF755BHA SO8 AFF756AHA SO8 AFF756AMA LGA8 Richtung des Magnetfeldes Magnetfeldmessung Anschlussbelegung für SO8-Gehäuse Die Sensoren der AFF700-Familie sind auch als reine Chips (als Wafer, gesägt auf Folie und im Waffle Pack) erhältlich. Für weitere Informationen wenden Sie sich bitte an Ihren zuständigen Vertriebsingenieur. Draufsicht 84 GF705 Magnetfeldmessung GF705 GMR Magnetfeldsensor Komponente Der GF705 ist ein Magnetfeldsensor in Multilayer-Technologie, basierend auf dem Giant Magnetoresistiven Effekt (GMR). Er besteht aus einer Wheatstone-Brücke kombiniert mit einem Fluss-Konzentrator, um die Empfindlichkeit zu erhöhen. Der Sensor ist optimal geeignet für Magnetfeldmessungen in einem linearen Arbeitsbereich zwischen 1,8 mT und 8 mT. Eine typische Anwendung ist die Endlagenerkennung von Zylindern durch deren Wandung: Ein beweglicher Magnet im Inneren eines dickwandigen Zylinders kann mit dem GF705 von außen erfasst werden. Der Sensor ist als Bond-Version (Bare Die), als Flip-Chip oder im LGA-Gehäuse für automatisierte SMD-Verarbeitung erhältlich. Merkmale –Basiert auf dem Giant Magnetoresistiven (GMR) Effekt –Flip-chip Variante (CSP) –Temperaturbereich von -40 °C bis +125 °C Vorteile –Großer Arbeitsabstand –Hervorragende absolute Genauigkeit –Großer Magnetfeldarbeitsbereich –Sehr kompakte Bauform –Schaltanwendungen mit einstellbaren Schwellen realisierbar Anwendungen –Endschalter in Zylindern –Erfassung eines beweglichen Magneten im Zylinder von außen –Überwachung von Bezugspunkten –Magnetische Schalter 85 Magnetfeldmessung GF705 Technische Daten Symbol Parameter Bedingungen VCC Versorgungsspannung BLIN Linearer Arbeitsbereich (abs) Bsat Sättigungsfeldstärke 1) S Empfindlichkeit (im Linearbereich) RB Brückenwiderstand εLIN Linearitätsfehler εHys Hysterese-Fehler B = (1.8…8) mT B = (1.8…8) mT Min. Typ. Max. Einheit - 5 9 V 1.8 - 8 mT - ±25 - mT 8 10 12 mV/V m/T 4 5 7 kΩ - 1.5 3 % of Vout - 1 2.5 % of Vout 1) Bei Bsat ist die Ausgangsspannung maximal. Oberhalb von B sat ist das Ausgangssignal nicht mehr eindeutig. Bei den Angaben in der Tabelle handelt es sich um charakteristische Werte. Datenblätter mit den vollständigen technischen Spezifikationen finden Sie unter www.sensitec.com. Produktbezeichnungen Anschlussbelegung Produktbezeichnung Gehäuse Abmessungen Pin GF705AMA LGA6S 3 x 2.6 x 1.5 mm 1 VCC Versorgungsspannung GF705APA Flip-chip 1.4 x 0.9 mm 2 +Vout Positive Ausgangsspannung GF705ACA Bare die 1.46 x 0.96 mm 3 GND Masse 4 -Vout Negative Ausgangsspannung Parameter Pin 1 ist auf der aktiven Seite nicht markiert. Da der Chip symmetrisch ist, definiert sich die Orientierung nach der langen und kurzen Seite. 150 Sicht auf aktive Seite 100 Vout 0 -40 Maximum Vpeak 50 (a) Voff Bsat -20 BLin 0 BLin 20 Bsat 3 Vout ~ cos2 (a) 2 40 Magnetische Flussdichte (mT) Typische Ausgangsspannung des GF705-Sensors in Abhängigkeit von der magnetischen Flussdichte Minimum 4 1 Magnetfeldmessung Ausgangsspannung (mV/V) Ausgangsspannung GF705-Sensor Symbol 86 GF708 Magnetfeldmessung GF708 GMR Magnetfeldsensor Komponente Der GF708 ist ein Magnetfeldsensor in Spin valve-Technologie basierend auf dem Giant Magnetoresistiven Effekt (GMR). Er enthält eine Wheatstone-Brücke kombiniert mit einem Fluss-Konzentrator, um die Empfindlichkeit zu erhöhen. Der Sensor ist in seinem linearen Arbeitsbereich optimal geeignet für empfindliche Magnetfeldmessungen sowie als Schalt- und Referenzsensor. Merkmale –Basiert auf dem GMR-Effekt –Verfügbar entweder als Flip-chip Variante (CSP) oder als SIL6/LGA-Variante –Umgebungstemperaturbereich von -40 °C bis +125 °C Vorteile –Großer Arbeitsabstand –Hervorragende Schaltgenauigkeit –Sehr kompakte Bauform –Hochempfindlich im linearen Arbeitsbereich –Feldrichtungsempfindlichkeit Anwendungen –Schaltanwendungen –Referenzsensoranwendungen 87 Magnetfeldmessung GF708 Technische Daten Symbol Ausgangsspannung GF708-Sensor Parameter Min. Typ. Max. Einheit - 5 9 V 13 16 19 kΩ VCC Versorgungsspannung RB Brückenwiderstand Schaltanwendungen Bop Magnetischer Arbeitsbereich -18 - 18 mT B switch Magnetischer Schaltbereich -1.0 - 1.0 mT Vrange Ausgangsspannung 30 56 70 mV/V Ausgangsspannung (mV/V) Allgemein 60 50 40 30 20 10 0 -10 -20 -25 Bswitch -BOP BOP VUL Vrange VLL -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 Magnetische Flussdichte (mT) Magnetfeldanwendungen Empfindlichkeit 80 130 160 mV/V/mT V lin Linearer Bereich der Ausgangsspannung 30 40 50 mV/V Bei den Angaben in der Tabelle handelt es sich um charakteristische Werte. Datenblätter mit den vollständigen technischen Spezifikationen finden Sie unter www.sensitec.com. Produktbezeichnungen Produktbezeichnung GF708AKA Gehäuse Abmessungen SIL6 7.6 x 3.5 x 1.4 mm GF708AMA LGA6S 3.0 x 2.6 x 1.5 mm GF708APA Flip-chip 1.4 x 0.9 mm GF708ACA Bare die 1.46 x 0.96 mm Anschlussbelegung Symbol 50 Vmax 40 30 Linearer Bereich des Ausgangssignals 20 Vspan 2HC 10 0 Vmin -10 -20 -1 -0,5 0 HE 0,5 1 Magnetische Flussdichte (mT) Typische Ausgangsspannung des GF708-Sensors in Abhängigkeit von der magnetischen Flussdichte Sicht auf aktive/markierte Seite Parameter 1 VCC Versorgungsspannung 2 -Vout Negative Ausgangsspannung 3 GND Masse 4 +Vout Positive Ausgangsspannung Sicht auf aktive Seite Vout ~ cos(a) Maximale Ausgangsspannung (Pinning-Richtung) (a) 3 2 4 Die Ausrichtung des Chips ist durch die Beschriftung sowie das Sensitec-Logo definiert. Magnetfeldrichtung 1 Minimale Ausgangsspannung Sicht auf markierte Seite (nur Flip-Chip) 4 3 1 GF708 2 Magnetfeldmessung Pin 60 Ausgangsspannung (mV/V) S 88 Ihre individuelle Systemlösung Ihre individuelle Systemlösung Manche Kundenanforderungen sind nicht direkt mit Standardkomponenten, -modulen oder -kits lösbar. Für diese Fälle steht unser kompetentes Entwicklungsteam bereit, um Ihre individuelle Systemlösung umzusetzen. Vorentwicklung Heute Kundenanfrage 1-2 Wochen Bewertung/Abstimmung 4-6 Wochen Machbarkeitsstudie P Produkt mit bekannten Komponenten risikofrei umsetzbar Bewertung/Abstimmung Abfrage und Bewertung weiterer notwendiger technischer und wirtschaftlicher Daten. Machbarkeitsstudie Bereits vor dem Start einer umfangreichen Produktentwicklung kann eine Machbarkeitsstudie mit Tests und Simulationen den Risikofaktor technisch und wirtschaftlich deutlich minimieren. 89 Ihre individuelle Systemlösung Nutzen Sie für Ihre Anfrage unsere Kundenanfragedokumente, um uns Ihre Systemanforderungen mitzuteilen. Sie finden die entsprechenden Fragebögen unter www.sensitec.com. Das Diagramm stellt den idealen Ablauf zum Erhalt einer kundenspezifischen Systemlösung dar. Die individuellen Phasen und Zeitangaben dienen zur Orientierung bei der Projektplanung, werden aber projektspezifisch angepasst. Produktentwicklung 6-12 Wochen Phase A: Funktionsmuster Produktion 6-12 Wochen A Phase B: Prototypen ~ 1/2 Jahr B Phase C: Vorserie 1-2 Jahre C Phase D: Serienprodukt D Produkt-/Produktionsentwicklung Die Produkt- bzw. Produktionsentwicklung unterteilt sich in mehrere Phasen: Phase A: Erstellen von Funktionsmustern mit ggf. noch eingeschränktem Funktionsumfang. Prüfung der technischen Umsetzbarkeit am Musterteil. = Review / Freigaben Phase B: Umsetzung der seriennahen Prototypen. Baugröße, Aussehen und Funktionen sind nach Spezifikation gegeben. Nach dieser Phase ist die eigentliche Produktentwicklung weitestgehend abgeschlossen. Phase C: Etablierung der Prozesse in der Produktion auf den Serienanlagen. Phase D: Überprüfung des Produktes und der Produktion bei längerer Laufzeit und größeren Stückzahlen. Ggf. Ausblick auf Produktverbesserung. 90 Ihre individuelle Chiplösung Ihre individuelle Chiplösung Erfahrungsgemäß unterscheiden sich viele Kundenanwendungen so stark voneinander, dass nicht immer ein Standard-Sensorchip aus unserem Programm die gewünschte Funktionalität erbringt. In diesen Fällen unterstützen wir den Kunden durch die Entwicklung eines speziell auf seine Anwendung und seine Anforderungen ausgelegten Sensorchips. Vorentwicklung Heute Kundenanfrage 3-4 Wochen 2-12 Monate Bewertung/ Abstimmung 2 Wochen P Chipauslegung 2-3 Wochen Machbarkeitsstudie/ Prozessentwicklung Abfrage, Klärung und Bewertung notwendiger technischer und wirtschaftlicher Daten. Sollten die Kundenanforderungen mit den derzeit verfügbaren Prozessblöcken unserer Technologieplattform zu realisieren sein, kann direkt mit einer verkürzten Produktentwicklung begonnen werden. Andernfalls können wir im Rahmen einer Machbarkeitsstudie die generelle Umsetzbarkeit durch Simulationen und Vorversuche bewerten und ggf. notwendige neue Herstellprozesse entwickeln. P Chipauslegung Durch unsere langjährige Erfahrung in der Auslegung und dem Design von MR-Sensorchips kann die Funktion neuer Chipdesigns mit Hilfe von speziell entwickelter Simulationssoftware sehr präzise vorausgesagt werden. Neue Chipdesigns können somit oftmals ohne Fertigung von Chip-Hardware genau an die Kundenanforderungen angepasst werden. 91 Ihre individuelle Chiplösung In den vergangen Jahren wurde durch ein Höchstmaß an Standardisierung die Möglichkeit geschaffen, die Entwicklungskosten und -dauer für eine solche kundenspezifische Chipentwicklung zu minimieren. Produktentwicklung Produktion 14 Wochen (Hardware verfügbar) + 8 Wochen (Qualifikation) Phase C: Nullserie ca. 12 Wochen Phase A: Funktionsmuster C ca. 10 Wochen A Phase B: Prototypen Phase D: Serienprodukt B D Produkt-/Produktionsentwicklung Die Produkt- bzw. Produktionsentwicklung unterteilt sich in mehrere Phasen: Phase A: Herstellung von Funktionsmustern mit ggf. noch eingeschränkter Funktionalität. Im Rahmen der Phase A können über sog. MPW (Multi-Projekt-Wafer) sehr einfach mehrere Designund Prozessvarianten hergestellt und evaluiert werden. = Review / Freigaben Phase B: Umsetzung von seriennahen Prototypen. Chipgröße, Design und Funktion entsprechen der Spezifikation. Mit Abschluss der B-Phase ist die Produktentwicklung weitestgehend abgeschlossen. Phase C: Fertigung der Nullserie Das finale Design wird auf den Serienfertigungsanlagen umgesetzt und gemäß den Kundenanforderungen qualifiziert. Phase D: Verifikation des Produktes und der Fertigung nach einer definierten Anzahl an gefertigten Chips. Ggf. Ausblick auf Produktverbesserungen. 92 Komplettlösungen von Sensitec Optimierung von Antriebskomponenten Sensitec bietet berührungslose Messsysteme für die schnelle, präzise Längen- und Winkelmessung basierend auf dem Giant Magnetoresistive (GMR) Prinzip. Diese Komplettlösungen bieten hohe Auflösung, hohe Bandbreite und extrem kompakte Abmessungen für anspruchsvolle Messaufgaben in Motor- und Antriebs-Testständen. Das Bestreben Abgase zu reduzieren und die daraus resultierende Optimierung von Antriebskomponenten führt zu neuen Messaufgaben für Prüfingenieure. Um das genaue Verhalten dieser Komponenten zu Ventilverstehen, müssen Messsysteme feder noch genauer und dynamischer sein und darüber hinaus unter immer anspruchsvolleren UmgebungsbeZahnsensormodul Ventildingungen betrieben werden. Hier führung eröffnen Messlösungen basierend auf magnetoresistiven Sensoren völlig neue Möglichkeiten, denn sie haben folgende EigenschafAbb. 1: Modifiziertes GLM Zahnsensormodul: das ten zu bieten: Ventilschaft Ventil verfügt über eine Zahnstruktur, die vom Zahnsensormodul gemessen wird. Miniaturisiertes Design Die extrem kleinen Abmessungen von MR-Sensoren von Sensitec ermöglichen es dem Anwender, dort zu messen, wo es erforderlich ist. Präzise, hohe Auflösung Messergebnisse mit hoher Genauigkeit und hoher Auflösung werden durch das berührungslose und wartungsfreie Funktionsprinzip garantiert. Dynamik Mit MR-Sensorlösungen können sich schnell bewegende Komponenten erfasst werden. Robust MR-Sensorlösungen sind nahezu unempfindlich gegenüber sehr hohen oder sehr niedrigen Temperaturen, Öl, Verschmutzung oder mechanischen Belastungen wie Stößen oder Vibration. Ein typisches Einsatzgebiet für die MR-Sensorlösungen findet sich in Ventilhubmesssystemen in befeuerten Verbrennungsmotoren. Bisher hat man dynamische Ventilmessungen mittels Laser-Doppler-Vibrometern an elektrisch betriebenen Zylinderköpfen durchgeführt. GMR-Sensorlösungen von Sensitec hingegen ermöglichen die direkte Messung am Ventil bei befeuertem Motor. Dadurch können Tests nicht nur unter realen Betriebsbedingungen durchgeführt werden, sondern die Ergebnisse weisen eine deutlich bessere Genauigkeit und damit höhere Verlässlichkeit auf. Das Messsystem von Sensitec beinhaltet einen GMR-Sensor, einen Verstärker und eine Prozesseinheit, die über einen PC mit USB Anschluss gesteuert wird (Abb. 2). Das System ist für Prüf- und Inspektions- sowie Forschungsoder Entwicklungsaufgaben konzipiert - und dies nicht nur für die Messung des Ventilhubs in befeuerten Verbrennungsmotoren, sondern auch für die Prüfung von Turboladern oder Einspritzdüsen. Der Sensorkopf GLM711AVA ist für die Nutzung mit ferromagnetischen Zahnstrukturen mit einer Zahnteilung von 1 mm vorgesehen. Ein Magnet zur Bereitstellung des notwendigen Magnetfelds ist gemeinsam mit dem Sensorelement in einem kompakten Gehäuse integriert. Zusammen mit der ferromagnetischen Zahnstruktur liefert der Sensor zwei um 90 Grad verschobene analoge Komplettlösungen von Sensitec Sensor Sensor Signalaufbereitung Amplifier/Line Driver Signalverarbeitung Amplifier Dual ADC CPU Abb. 2: Konfiguration des Sensor-Messsystems Signale (Sinus/Kosinus). Um größere Datenübertragungsabstände zwischen Sensor und Signalverarbeitungseinheit zu ermöglichen, ist ein Verstärker vom Typ EPV7702AAA verfügbar. Geschützt wird die Elektronik durch ein robustes Metallgehäuse. Die Signalverarbeitungseinheit vom Typ EPP7703AAA adaptiert die Sensorsignale und erzeugt ein analoges ratiometrisches Ausgangssignal proportional zur Position der Maßverkörperung. Die Wiederholfrequenz des Signals liegt bei bis zu 80 kHz. Eine LED zeigt den Messmodus an. Das Ausgangssignal der Verarbeitungsbox kann aufgezeichnet werden mittels einer PC-basierten Karte oder mittels Oszilloskop. Es besteht die Möglichkeit, verschiedene Sensoren mit Sinus-/Kosinus-Ausgangssignalen mit dem Verstärker oder der Signalverarbeitungseinheit zu verbinden. Mit der unter MS-Windows laufenden Anwendungssoftware kann das Messsystem konfiguriert werden und eine automatische Einstellung am Messpunkt erfolgen. Abb. 3: Typische Ausgangssignale Anwendungen –Ventilhub –Ventilrotation –Umdrehungen der Kurbelwelle –Umdrehungen der Nockenwelle –Turboladergeschwindigkeit –Einspritzdüsen –etc. Vorteile –Ratiometrisches Ausgangssignal –Geeignet für lange Kabel (optional Verstärker) –Differenzielle Signalverarbeitung –Einstellbare Vor-Verstärkung –Skalierbare Auflösung (siehe techn. Daten) –Steuerung über PC-Benutzerschnittstelle (MS-Windows) –Signalverarbeitung mit 80 kHz –Hohe Bandbreite Abb. 4: Einlassventile mit Zahnstrukturen auf dem Ventilschaft ATAN2 Unit DAC 93 94 Anwendungen Anwendungen Als mit der Entwicklung der MR-Sensorbaureihen für den industriellen und automobilen Einsatz begonnen wurde, war erkennbar, dass die Anwendungsbereiche nahezu unbegrenzt sein würden. Überall dort, wo Bewegung kontrolliert und gesteuert, wo Winkel, Wege, Positionen, Strom oder magnetische Felder gemessen und detektiert werden, bieten sich Einsatzmöglichkeiten für unsere Produkte. Sei es in einem über 200 °C heißen, fast 10 km tiefen Bohrloch für geologische Untersuchungen, auf dem -120 °C kalten und ca. 400 Mio. km entfernten Mars, in der Lenkung von PKWs oder im Objektiv einer Profi-Filmkamera. Gerade unter extremsten Bedingungen und in rauesten Umgebungen zeichnen sich unsere Sensoren durch ihre hohe Zuverlässigkeit und Präzision aus. Im engen Austausch mit den Anwendern entwickeln wir robuste und präzise Produkte für Serienanwendungen. Industriezweige wie die Medizintechnik, Automatisierungs-, Mess- und Regeltechnik, Automobilindustrie oder Raumfahrt vertrauen auf unser Know-how. Wir bieten anwendungstechnische Unterstützung, um unseren Kunden bei der Auswahl und Auslegung unserer Produkte in deren Systemen zu helfen. Diese Unterstützung reicht von der Diskussion über mögliche Einsatzbedingungen unserer Sensoren in Ihren Anwendungen, über Beantwortung detaillierter Fragestellungen bzgl. Leistungseigenschaften, bis hin zur Auslegung von mechanischen oder elektrischen Schnittstellen zu unseren Produkten. Antriebstechnik Typische Anwendungen –Rotatorische Messsysteme für Direktantriebe –Längenmesssysteme für Linearantriebe –Wellenende-Messsysteme für Kompaktmotoren –Integrierte Geber für Servomotoren Zum Beispiel: Drehgeber im Kugellager integriert Integration eines inkrementalen Drehgebers in das Gehäuse eines Kugellagers. Ziel: eine Auflösung von 1,25° mit dem Drehgeber. Lösung von Sensitec Abtasten eines Zahnrades mit 72 Zähnen mit dem GMR-Sensor GL712. Für die Signalaufbereitung wird ein Komparator an die Sensorbrücke direkt angeschlossen und das Ausgangssignal verwendet. Warum MR-Sensorik? –Einfache Justage –Kein zusätzlicher Abgleich vom Endsystem erforderlich –A- und B-Signale werden mit 90° Phasen verschiebung in einem Sensorelement erzeugt Anwendungen 95 Automatisierung Typische Anwendungen –Längenmesssystem für Linearantrieb –Endschalter für pneumatische Zylinder –Integrierter Geber für Kugellager –Drehgeber Zum Beispiel: Türantrieb eines Aufzugs Integration von Frequenzumrichter, Netzfilter, Encoder und Asynchronmotor in einem Gehäuse für die Aufzugtür. Integration des Winkelgebers mit verbessertem Regelverhalten durch eine qualitativ hochwertige Positionserfassung trotz Wellenschlägen von ±2 mm. Lösung von Sensitec Abtastung eines Dipolmagneten mit einem Sensor aus der AA700 Familie mit FreePitch-Design. Quelle: Fotolia Warum MR-Sensorik? –Justagetoleranzen von mehreren mm werden zugelassen –Kein Verschleiß durch das berührungslose Messverfahren –Hohe Dynamik durch die MR-Technologie –Keine Beeinträchtigung durch Öle, Feuchtigkeit und Temperaturschwankungen Werkzeugmaschinen Typische Anwendungen –Drehzahlmesssystem für Hochfrequenzspindel –Integriertes Linearmesssystem für Linearführung Zum Beispiel: Messung der Drehzahl an Hochgeschwindigkeitsspindeln Für eine Hochgeschwindigkeits-Spindel für den Werkzeugbau soll ein inkrementaler Sinus-Drehgeber die Drehzahl erfassen. Pro Umdrehung soll ein Index-Signal erzeugt werden. Das Ausgangssignal soll RS422-kompatibel sein. Lösung von Sensitec Abtastung eines Polrades mit einem Sensor der AL700 Familie mit FixPitch-Design und einem kundenspezifischen Referenzsensor für die zweite Spur. Warum MR-Sensorik? –Einfache Justage –Keine mechanische Abnutzung durch das Messsystem –Hohe Reproduzierbarkeit –Unempfindlich gegen Feuchtigkeit, Staub und Öl –Hochintegrierte Bauform mit integrierter Signalaufbereitung 96 Anwendungen Geologische Untersuchungen Typische Anwendungen –Winkelsensor für Bohrlochmessung Zum Beispiel: Messung der Abnutzung von Bohrkronen bei Tiefenbohrungen Messung des Verschleißes an der Bohrkrone bei Tiefenbohrung in der Erdkruste. Lösung von Sensitec: Abtasten eines Polrades mit einem FreePitchSensor aus der AA700-Familie und Verstärkung der elektrischen Signale direkt am Sensor. Die weitere Signalverarbeitung findet nicht direkt im Sensorkopf statt. Die Linearbewegung wird in eine Drehbewegung umgelenkt, so dass die Messung innerhalb eines Poles durchgeführt wird. Quelle: Fotolia Warum MR-Sensorik? –Einfache Justage –Keine mechanische Abnutzung durch das Messsystem –Absolutmessung der Wegstrecke Kameratechnik Typische Anwendungen –Integriertes Messsystem für Objektive –Rotatorisches Messsystem für KameraSchwenkkopf Zum Beispiel: Protokollieren von Fokus-, Iris- und ZoomEinstellungen des Objektivs Die Informationen zur Blende, zum Fokus und zur Zoom-Einstellung werden für die spätere Bearbeitung des Films benötigt. Hierzu wird eine an das Objektiv angepasste Drehgeberelektronik eingesetzt. Lösung von Sensitec Sensorelement im FixPitch-Design aus der AL700-Familie mit 1 mm Polteilung und Winkelsensor im FreePitch-Design aus der AA700-Familie zur Abtastung der Codespur. Als Maßverkörperung wird ein flexibler kunststoffgebundener Ferritmaßstab verwendet. Quelle: ARRI Warum MR-Sensorik? –Einfache Justage –Kein zusätzlicher Abgleich am Endsystem erforderlich –A- und B-Signale werden mit 90° Phase in einem Sensorelement erzeugt –Codespursensor auf einem Träger –Messlänge nur vom Maßstab abhängig Anwendungen Zerstörungsfreie Prüfung (ZfP) Typische Anwendungen –Streuflussprüfung an ferromagnetischen Stahlrohren für die Gas- und Ölindustrie Zum Beispiel: Magnetfeldsensoren zur Materialprüfung Mit Hilfe der ZfP können verborgene Fehler in Materialien, Bauteilen und Konstruktionen vor und während ihres Betriebs frühzeitig erkannt werden, z. B. in der Gas- und Ölversorgung, in Flugzeugen, im Brückenbau oder der Zug- und Automobilproduktion. Lösung von Sensitec Bei der Streuflussprüfung an ferromagnetischen Stahlrohren für die Gas- und Ölindustrie werden GF Magnetfeldsensoren eingesetzt, um sowohl Außenfehler als auch Fehler innerhalb der Stahlwand zu entdecken. Aufgrund der hohen Empfindlichkeit der Sensoren werden geometrisch winzige Fehler entdeckt. Die kleine Baugröße Quelle: iStock ermöglicht den Zugang zu Stellen, die bisher nicht erreicht und daher nicht geprüft werden konnten. Warum MR-Sensorik? –Hohe Empfindlichkeit –Hohe Dynamik –Hohe Genauigkeit –Geringe Baugröße –Geringe Stromaufnahme Luft- und Raumfahrt Typische Anwendungen –Integrierter Geber für Mikromotor im Mars-Fahrzeug „Curiosity“ Zum Beispiel: Inkrementalgeber auf dem Mars Positionsmessung von Motoren zur Steuerung aller bewegten Teile wie Antennen, Kamerakopf, Räder und robotischem Arm. Seit der Landung in 2012 – nach einer Flugdauer von neun Monaten – wird nach Spuren von Leben auf dem Mars gesucht. Lösung von Sensitec Spezifischer MR-Sensor mit Serienprozessen zur Herstellung des Sensorelementes. Spezielle Elektronik zur Vermeidung von Ausfällen aufgrund der Umweltbedingungen auf dem Mars. Quelle: NASA/JPL-Caltech Warum MR-Sensorik? –Robust gegen Staub, Öl und Feuchtigkeit –Beständig gegen starke Temperaturschwankungen –Technologiebedingt unempfindlich gegen radioaktive/kosmische Strahlung –Geringer Stromverbrauch –Läuft seit 2012 auf dem Mars 97 98 Anwendungen Leistungselektronik Typische Anwendungen –Stromsensor für Wechselrichter –Stromsensor für Servoregler Zum Beispiel: Strommessung zur Regelung von Servomotoren Zur hochdynamischen Regelung von Servomotoren wird eine schnelle und genaue Stromerfassung benötigt. Lösung von Sensitec Die Stromsensorfamilie CDS4000 wird auf der Reglerplatine integriert. Durch die Signalaufbereitung im Stromsensor wird keine weitere externe Beschaltung benötigt. Das Ausgangssignal ist als Stromausgang ausgelegt. Warum MR-Sensorik? –Unipolare Spannungsversorgung (+5 V) –Frequenzbereich DC bis 200 kHz –3facher Abbildungsbereich von Nennstrom –Referenzspannungseingang –Einstellbare Überstromerkennung Lasertechnik Typische Anwendungen –Treiber für Laserdioden Zum Beispiel: Stromsensoren zur Aufzeichnung der Ausgangsimpulse Die Erfassung der hochdynamischen Ausgangssignale einer Treiberstufe für Laserdioden erfordert schnelle Stromsensoren mit einer Bandbreite von mindestens 500 kHz, die neben einer kleinen Bauform auch eine sichere galvanische Trennung aufweisen können. Lösung von Sensitec Der Stromsensor CMS3050 Quelle: iStock Warum MR-Sensorik? –Hervorragende Messgenauigkeit –Hohes dynamisches Ansprechen –Präzise Erfassung des Stromimpulses –Sichere galvanische Trennung –Störfester Stromausgang Anwendungen 99 Medizintechnik Typische Anwendungen –Linearmesssystem für ophthalmologisches Messgerät –Diagnosegerät für Krebsfrüherkennung –Mikromanipulator an einem Mikroskop Zum Beispiel: Biometrische Messung am Auge Ophthalmologische Augenvermessung zwischen Linse und Netzhaut zur Ermittlung der optimalen Linse beim grauen Star. Lösung von Sensitec –0.5 mm PurePitch-Sensor aus der AL700-Familie mit Inkrementalspur –Digitaler Hall-Sensor für die Abtastung der Referenzspur –Interpolations-Elektronik mit einer Auflösung von 248 Flanken –Maßstab aus Hartferrrit Quelle: Fotolia Warum MR-Sensorik? –Einfache Justage –Kein zusätzlicher Abgleich im Endsystem erforderlich –Keine mechanische Abnutzung durch das Messsystem –Quasi-Absolut durch Index-Spur –Zwei Stecker-Service-Signale für leichteren Einbau auf zweitem Stecker und Temperatur- schwankungen Messtechnik Typische Anwendungen –Linearmesssystem für Werkstatt-Messschieber –Linearmesssystem für elektro-mechanische Messtaster –Messsystem für tragbares Härteprüfgerät Zum Beispiel: Längenmessung im Messschieber In einem Messschieber soll der Messweg berührungslos und ohne Einfluss von Feuchtigkeit gemessen werden. Lösung von Sensitec Spezifischer Feldsensor mit Anpassung an die Periodenlänge Warum MR-Sensorik? –Robustheit der MR-Sensoren –Unempfindlichkeit gegen Feuchtigkeit, Staub und Öl Quelle: TESA –Einfache Justage –Keine mechanische Abnutzung durch das Messsystem 100 Anwendungen Aktive Radaufhängung Servolenkung Raddrehzahlsensor Lenkwinkel- / Drehmomentsensor Variable Ventilregelung Pedalpositionssensor Scheibenwischerposition Drosselklappe Stufenloses Getriebe Linearwegsensoren in Pneumatikzylindern Nocken- und Kurbelwelle Aktive Stabilisatoren Zahnradsensor Leuchtweitenregulierung Sitzpositionierung Fahrzeugtechnik Typische Anwendungen –Motorkommutierung in elektrischer Lenkung –Ventilpositionsmessung für Motorteststand Zum Beispiel: Motorkommutierung in elektrischer Lenkung Der zur Lenkunterstützung eingesetzte elektrische Servomotor erhält über einen Sensor Informationen bezüglich Motordrehzahl und -winkel. Lösung von Sensitec Abtasten eines Dipolmagneten am Wellenende mit einem AA700-Winkelsensor Warum MR-Sensorik? –Berührungslos, verschleißfreies Funktions prinzip für Winkel- und Wegmessung –Widerstandsfähig gegenüber extremen Umgebungsbedingungen Quelle: Fotolia –Großer Arbeitsabstand –Hohe Bandbreite für Messungen in Zeitfenstern kleiner als 100 ms –Sehr zuverlässig –Geringe Abmessungen –Hohe Präzision –Automotive-Qualifizierung Anwendungen 101 Fahrzeugtechnik Typische Anwendungen –Lenkwinkelsensor für Servolenkung –Raddrehzahlsensor für ABS System Zum Beispiel: Drehzahlsensoren Raddrehzahlsensor zur Erfassung der aktuellen Drehzahl der Räder bzw. eines pro Zeiteinheit zurückgelegten Weges oder Winkels. Präzise Funktionalität ist ein Muss, da u. a. auch das Antiblockiersystem (ABS) oder die Antriebsschlupfregelung (ASR) mit den Informationen der Raddrehzahlsensoren arbeiten. Lösung von Sensitec AF720-Magnetfeldsensor (kundenspezifisch) Warum MR-Sensorik? –Berührungslos, verschleißfreies Funktions- prinzip für Winkel- und Wegmessung Quelle: Fotolia –Widerstandsfähig gegenüber extremen Umgebungsbedingungen –Großer Arbeitsabstand –Hohe Bandbreite für Messungen in Zeitfenstern kleiner als 100 ms –Sehr zuverlässig –Geringe Abmessungen –Hohe Präzision –Flexible Integration –Automotive-Qualifizierung Fahrzeugtechnik Typische Anwendungen –Lenkwinkelsensor für Servolenkung –Drehmomentsensor für aktive Lenkung –Positionssensor zur Pedalwegmessung –Stromsensor für Hybridantrieb –Ventilpositionsmessung für Motorteststand Zum Beispiel: Drehmomentmesser am Lenkrad Messung des Drehmomentes bei einer aktiv unterstützten Lenkung im Auto. Lösung von Sensitec Abtasten eines Polringes mit einem Winkelsensor aus der AA700-Familie. Der Polring und der Winkelsensor sind über einen Torsionsstab miteinander verbunden. Die Signalaufbereitung wird in einen kundenspezifischen ASIC direkt am Winkelsensor durchgeführt. Quelle: Fotolia Warum MR-Sensorik? –Einfache Justage –Kein zusätzlicher Abgleich im Endsystem erforderlich –Keine mechanische Abnutzung durch das Messsystem –Unempfindlich gegenüber Staub und Öl 102 Anwendungen Photovoltaik Typische Anwendungen –Stromsensor für Wechselrichter Zum Beispiel: Stromsensoren zur Strommessung in Solarwechselrichtern Wechselrichter erfordern einen hohen Wirkungsgrad, um die erzeugte Gleichspannung möglichst verlustarm in Netzspannung umzuwandeln. Lösung von Sensitec: Der Stromsensor CFS1000 Quelle: Fotolia Warum MR-Sensorik? –Hervorragende Messgenauigkeit –Kleine Bauform (SMT bestückbar) –Kosteneffizient Windenergie Typische Anwendungen –Stromsensoren für Wechselrichter Zum Beispiel: Verstellung der Rotorblätter einer Windturbine Die Rotorblätter werden je nach Bedarfsfall von je einem Wechselrichter in den Wind gedreht. Stromsensoren messen im Regelkreis des Wechselrichters den Ausgangsstrom. Lösung von Sensitec Der Stromsensor CDS4100 eignet sich hervorragend für diese Anwendung. Warum MR-Sensorik? –Verbesserte Regelqualität durch gute Gesamtgenauigkeit und dynamisches Ansprechverhalten Quelle: Mainova –Geringe Temperaturdrift ermöglicht konstante Regelgüte über den gesamten Temperaturbereich –Störfester Stromausgang –Referenzspannungseingang –Einstellbare Überstromerkennung 1 2 3 4 103 Anhang A B 1 2 3 4 SOIC16w Gehäusezeichnung gemäß JEDEC MS-013 A H Länge (L): 10.3 mm Breite (B): 10.3 mm Höhe (H): 2.65 mm C B B 1 2 3 H D 4 C A 1 L 2 3 4 E B A 5:1 DIN ISO SO8 Gehäusezeichnung gemäß JEDEC MS-012 2768 T1-m zul. Abweichungen D allgemeingültige Werkstückkanten Maßstab allgemeingültige Oberfläche B Zwischenerzeugnis Werkstoff, Halbzeug Änd.Z. Änderung Name Datum Name Datum Benennung Bearb. SO16 Norm F L Kurzzeichen Zeichnungsnr. B H Länge (L): 4.9 mm Breite (B): 6.0 mm Höhe (H): 1.75 mm Gepr. Bl. Confidential Copyright by Sensitec www.sensitec.com E Blatt C zul. Abweichungen allgemeingültige Oberfläche allgemeingültige Werkstückkanten Maßstab 5:1 DIN ISO 2768 T1-m H Werkstoff, Halbzeug Änd.Z. Änderung B Name Datum Name Datum Benennung Bearb. SO16 Gepr. Norm C Zwischenerzeugnis F Kurzzeichen Zeichnungsnr. L Blatt Bl. D Confidential Copyright by Sensitec B www.sensitec.com L D TSSOP8 Gehäusezeichnung gemäß JEDEC MO-153 Länge (L): 3.05 mm Breite (B): 6.40 mm zul. Abweichungen Höhe (H): 1.10 mm DIN ISO 2768 T1-m Änd.Z. Änderung E H E allgemeingültige Werkstückkanten Maßstab allgemeingültige Oberfläche 5:1 Werkstoff, Halbzeug Datum Name Datum Name Bearb. Norm zul. Abweichungen SO8 allgemeingültige Werkstückkanten Maßstab allgemeingültige Oberfläche H DIN ISO 2768 T1-m Änd.Z. Änderung Benennung L Gepr. F Zwischenerzeugnis 5:1 Zwischenerzeugnis Zeichnungsnr. Kurzzeichen Blatt Werkstoff, Halbzeug Bl. Datum Name Name Datum www.sensitec.com Copyright by Sensitec Benennung Confidential B Bearb. Gepr. L Norm F SO8 Zeichnungsnr. Kurzzeichen Blatt Bl. B www.sensitec.com Copyright by Sensitec Confidential Anhang 1 2 3 4 A LGA6L Gehäusezeichnung H Länge (L): 6.0 mm Breite (B): 2.6 mm B Höhe (H): 1.5 mm Markierung d = Sensortyp H = Produktionswoche E = Produktionsjahr C B 1 2 3 4 L A D LGA6S Gehäusezeichnung Länge (L): 3.0 mm Breite (B):B 2.6 mm Höhe (H): 1.5 mm Länge Breite Höhe : 6,0mm : 2,6mm : 1,4 mm H E allgemeingültige Oberfläche Markierungzul. Abweichungen DIN ISO r = Sensortyp 2768 T1-m P = Produktionswoche Änd.Z. Änderung Name Datum D = Produktionsjahr Bearb. allgemeingültige Werkstückkanten Maßstab 5:1 Benennung LGA6 L Gepr. C Zwischenerzeugnis Werkstoff, Halbzeug Name Datum Norm F Kurzzeichen Zeichnungsnr. 1 2 B 3 www.sensitec.com 4 Blatt Bl. Confidential Copyright by Sensitec L A D LGA8 Gehäusezeichnung H B Länge (L): 3.0 mm Breite (B): 3.0 mm Höhe (H): 1.4 mm Länge Breite Höhe E Markierung d = Sensortyp zul. Abweichungen H = Produktionswoche DINCISO E = Produktionsjahr 2768 T1-m Änd.Z. Änderung allgemeingültige Oberfläche allgemeingültige Werkstückkanten Maßstab 5:1 : 3,0mm : 2,6mm : 1,4 mm Zwischenerzeugnis Werkstoff, Halbzeug Datum Name B 104 Datum Name Benennung Bearb. Gepr. Norm L F LGA6 S Kurzzeichen Zeichnungsnr. Blatt Bl. D www.sensitec.com Confidential Copyright by Sensitec Länge : 3mm 105 Anhang 1 2 SIL6 Gehäusezeichnung 3 4 A Markierung f = Sensortyp C = Produktionswoche E = Produktionsjahr H Länge (L): 7.6 mm Breite (B): 3.5 mm Höhe (H): 1.4 mm B B C L D Länge Breite Höhe : 7,6mm : 3,5mm : 1,4 mm E GLM Gehäusezeichnung zul. Abweichungen DIN ISO 2768 T1-m Länge (L): 13.0 mm Breite (B): 5.5 mm Höhe (H): 3.45 mm A Änd.Z. Änderung allgemeingültige Werkstückkanten Maßstab allgemeingültige Oberfläche 1 2 5:1 Zwischenerzeugnis 3 4 Werkstoff, Halbzeug Datum Datum Name Name Benennung Bearb. SIL6 Gepr. Norm F Kurzzeichen Zeichnungsnr. Markierung J - Jahr (z. B. 3 = 2013) 12345 - fortlaufende Nummerierung B DKC - Sensortyp Blatt Bl. Copyright by Sensitec Confidential H www.sensitec.com B C D L Länge Breite Höhe E zul. Abweichungen DIN ISO 2768 T1-m allgemeingültige Oberfläche allgemeingültige Werkstückkanten Maßstab 5:1 Zwischenerzeugnis Werkstoff, Halbzeug : 13,0 mm : 5,5 mm : 3,45 mm Anhang 1 2 3 4 1 2 3 4 A A CDS4000 Gehäusezeichnung B Länge (L): 21.0 mm Breite (B): 15.5 mm Höhe (H): 8.2 mm Höhe inkl. Pins: 12.2 mm B Länge : 21,0mm Breite : 15,5mm Höhe : 8,2 mm Höhe incl. Pins : 12,2mm H CDS4000 Strombereiche: 6 A - 50 A Länge : 21,0mm Breite : 15,5mm Höhe 3 : 8,2 mm Höhe incl. Pins : 12,2mm H C C 2 4 B 1 A 1 2 3 D 4 B L A D L CDS4000 Gehäusezeichnung B E zul. Abweichungen allgemeingültige Werkstückkanten Maßstab allgemeingültige Oberfläche Änd.Z. Änderung Werkstoff, Halbzeug DIN ISO CDS4000 Strombereiche: 50 A -FC150 A T1-m 2768 Änd.Z. Änderung Name Datum Name Datum zul. Abweichungen Zwischenerzeugnis 1:1 DIN ISO 2768 T1-m Bearb. allgemeingültige Oberfläche Gepr. Benennung H E allgemeingültige Werkstückkanten Maßstab Zwischenerzeugnis 1:1 klein CDS Länge : 25,0mm Breite : 22,0mm Kurzzeichen Blatt Höhe : 9,7 mm Zeichnungsnr. Benennung Höhe incl. Pins : 13,7mm Bl. Länge 25,0mm Confidential Copyright by Sensitec CDS klein :: 22,0mm Breite Höhe : 9,7 mm Kurzzeichen Blatt Zeichnungsnr. Höhe incl. Pins : 13,7mm Norm Werkstoff, Halbzeug Datum Name Datum Name H Länge (L): 25.0 mm B Breite (B): 22.0 mm Höhe (H): 9.7 mm Höhe inkl. Pins: 13.7 mm Bearb. Gepr. Norm C www.sensitec.com B F Bl. L B D Confidential Copyright by Sensitec www.sensitec.com 1 2 4 3 L D A CMS2000/ CMS3000 Gehäusezeichnung 1 4 3 E A B Länge (L): 34.9 mm Breite (B): 7.3 mm Höhe (H): 23.0 mm E Höhe inkl. Pins: 27.0 mm 2 zul. Abweichungen B allgemeingültige Werkstückkanten Maßstab allgemeingültige Oberfläche 1:1 DIN ISO 2768 T1-m Werkstoff, Halbzeug B Änd.Z. Änderung Datum zul. Abweichungen allgemeingültige Oberfläche DIN ISO 2768B T1-m F Änd.Z. Änderung Name Datum Name allgemeingültige Werkstückkanten Maßstab Bearb. 1:1 Gepr. Name Datum Name CDS groß Benennung Kurzzeichen Zeichnungsnr. Bearb. CDS groß Gepr. C Benennung Zwischenerzeugnis Werkstoff, Halbzeug Norm Datum Zwischenerzeugnis Norm H Zeichnungsnr. Kurzzeichen Blatt Bl. www.sensitec.com Copyright by Sensitec L C D L D Länge : 34.9mm Breite : 7.3mm Höhe : 23.0mm Höhe incl. Pins: 27.0mm Blatt Bl. Confidential Copyright by Sensitec www.sensitec.com F H 106 Confidential Glossar 107 Begriff Erklärung Anisotropie Die Anisotropie bezeichnet die Richtungsabhängigkeit einer Eigenschaft. Bei AMR-Sensoren ändert sich der elektrische Widerstand als Funktion der Richtung der Magnetisierung. Chiplayout Die geometrische Festlegung der MR-Strukturen im Chip sowie die Festlegung der Verbindungen und Anschlüsse. Dünnschichttechnik In der Dünnschichttechnik werden dünne Schichten, meist unter 1 µm, auf ein Substrat aufgebracht. EcoSensing MR-Sensoren besitzen eine hohe Bandbreite, praktisch keine Einschaltverzögerung und lassen sich hochohmig herstellen. Damit eignen sie sich besonders gut für energieeffiziente Anwendungen und Systeme. Ferromagnetisch Ein ferromagnetischer Werkstoff, wie zum Beispiel Eisen, wird durch Anlegen eines externen Magnetfeldes magnetisiert und bleibt noch für eine gewisse Zeit magnetisiert, auch wenn der Werkstoff aus dem Magnetfeld herausgenommen wird. FixPitch FixPitch Sensoren sind an die Pollängen der Maßverkörperung angepasst. Die Linearität des Sensors wird dadurch optimiert. Die Empfindlichkeit für Störfelder wird ebenfalls minimiert. FreePitch FreePitch Sensoren sind so optimiert, dass sie unabhängig von der Pollänge der Maßverkörperung eingesetzt werden können. Deshalb sind sie sehr klein und kommen dem idealen Punkt-Sensor sehr nah. Kit Hierbei handelt es sich um einen Bausatz von einzelnen, unmontierten Teilen und Modulen, die für die kundenseitige Montage und Integration in die Maschine bzw. das Gerät vorgesehen sind. Komponente Hierbei handelt es sich um Einzelteile, die für die Integration in ein Modul oder System vorgesehen sind. Da die Integration kundenseitig erfolgen muss, ergibt sich für den Anwender ein zusätzlicher Konstruktions- und Montageaufwand, der ihm allerdings die Möglichkeit verschafft, sein Gesamtsystem selbst zu realisieren. Lieferformen Neben der Lieferung als bare-die stehen auch unterschiedliche Gehäuseformen zur Verfügung. 108 Glossar Begriff Erklärung Magnetfeld Ein Magnetfeld ist ein konservatives Kraftfeld, das in jedem Punkt durch eine Feldstärke und -richtung beschrieben wird. Verursacht wird es durch Ladungsbewegung. Ein Magnetfeld braucht kein Medium. Magnetoresistiv Bezeichnet die Veränderung vom elektrischen Widerstand unter magnetischem Einfluss. Modul Ein Modul von Sensitec setzt sich aus mehreren Komponenten zusammen. Das Modul selbst ist noch nicht funktionsfähig und benötigt weitere Bauteile – wie etwa eine Maßverkörperung – um ein Kit oder System zu bilden. MPW Umsetzung von mehreren Design-Varianten auf einem Wafer. Hierdurch kann mit minimalem Aufwand – es sind nur 1 Maskensatz sowie 1 Waferdurchlauf nötig – eine Vielzahl von Chipdesigns und / oder Prozess-Alternativen evaluiert werden. Nennstrom Der Nennstrom ist der maximale Dauerstromwert, für die der Sensor ausgelegt wurde. Diverse Parameter, wie Genauigkeit, werden als Prozente vom Nennstrom dargestellt. PerfectWave Sensoren mit PerfectWave liefern beste Signalqualität, höchste Genauigkeit und optimale Sensor-Linearität durch Oberwellenfilterung. Auch bei schwachen Magnetfeldern ist die Linearität vom Sensor gewährleistet. Polteilung Abstand zwischen angrenzenden Nord- und Südpolen auf einem Maßstab. Prozessblöcke Die Sensitec MR-Sensorchips werden mit Prozessen der Dünnschichttechnik lagenweise auf einem Substrat (SiliziumWafer) aufgebaut. Jede der Lagen stellt spezielle Funktionen des Sensorchips zur Verfügung. Für jede der Lagen sind verschiedene Prozessblöcke etabliert, die es ermöglichen, sehr unterschiedliche Kundenanforderungen hinsichtlich Funktion, Weiterverarbeitung etc. umzusetzen. Glossar 109 Begriff Erklärung PurePitch Bei PurePitch Sensoren ist das FixPitch-Prinzip über mehrere Pole erweitert, um die Genauigkeit noch weiter zu steigern. Durch diese Anordnung werden die Auswirkungen von Unregelmäßigkeiten in der Maßverkörperung reduziert sowie der Einfluss von Störfeldern minimiert. SelfBias Bei MR-Sensoren mit dem SelfBias-Merkmal entfallen zusätzliche separate Magnete zum Erzeugen des Stützfeldes. Der Sensor ermöglicht eine ideale Arbeitspunkteinstellung ohne externes Stützmagnetfeld. SmartFit Sensormodule mit der SmartFit-Technologie bieten zusätzliche Funktionen in der Auswerte-Elektronik. So ist eine Parametrierung über die Signalleitung möglich und der Betriebszustand wird signalisiert. SmartFit bietet somit mehr Komfort und macht das Sensorsystem sicherer und einfacher. System Bei einem System erhalten Sie einen funktionsfähigen Verbund aus Sensitec-Komponenten und/oder Modulen. Der Vorteil des kompletten Systems besteht darin, dass sich Ihr Montage- und Konstruktionsaufwand minimiert und sich das „Time-to-market“ verkürzt. Technologieplattform Unsere automobil qualifizierte Technologieplattform besteht aus einer Vielzahl von sog. Prozessblöcken. Diese können beim Herstellprozess eines Sensorchips im Baukastenprinzip zusammengesetzt werden. Durch die Verwendung der identischen Fertigungsprozesse wie für unsere automobil qualifizierten und millionenfach produzierten Sensorchips genießen auch kleinvolumige, kundenspezifische Chiptypen eine engmaschige Qualitätskontrolle und eine auf maximale Zuverlässigkeit und Fertigungsstabilität ausgerichtete, kontinuierliche Optimierung der Fertigungsabläufe. Standardisierte Abläufe sowie spezielle Design-Richtlinien ermöglichen eine minimale Durchlaufzeit für die Fertigung neuer Sensorchip-Produkte. Tunnelwiderstand Elektrischer Widerstand einer sehr dünnen Barriere, der auf Grund von magnetischer Einwirkung leitend werden kann. Waffle Pack Standardisierte Verpackungsart als Produktträger mit Aussparungen für einzelne Chips ohne Gehäuse. ZeroInertia ZeroInertia ist eine Dynamikeigenschaft. Als Maßverkörperung werden bei diesen Sensoren vorhandene Maschinenteile für das Messsystem genutzt. So werden keine zusätzlichen Massenträgheitsmomente eingebracht. 110 Platz für Notizen Platz für Notizen 111 www.p-ad.de DE-2015 Sensitec GmbH Georg-Ohm-Str. 11 · 35633 Lahnau · Germany Tel. +49 6441 9788-0 · Fax +49 6441 9788-17 www.sensitec.com · [email protected]
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