可変磁気抵抗センサ

可変磁気抵抗センサー(一般にVR センサーと呼ばれる) は、磁気抵抗の変化を測定するトランスデューサーです。基本的な電子回路と組み合わせると、センサーは鉄製物体の存在または近接性の変化を検出します。

より複雑な回路とソフトウェアおよび特定の機械的ハードウェアの追加により、VR センサーは線速度、角速度、位置、およびトルクの測定も提供できます。

シンプルな近接センサーとして使用される VR センサーは、産業機器内の機械的リンクの位置を特定できます。

クランクシャフト位置センサー（自動車エンジン内）は、クランクシャフトの角度位置をエンジン制御ユニットに提供するために使用されます。これにより、エンジン制御ユニットはエンジン速度（角速度）を計算できます。

自動車のトランスミッションに使用される速度センサーは、トランスミッション内のシャフトの回転速度 (角速度) を測定するために使用されます。エンジン制御ユニットまたはトランスミッション制御ユニット(特定の自動車によって異なります) は、これらのセンサーを使用して、あるギアから次のギアにシフトするタイミングを決定します。

エレキギター (または他の楽器) で使用されるピックアップは、金属の「弦」の振動を検出します。このアプリケーションの詳細については、 「ピックアップ (音楽テクノロジー)」を参照してください。

このセンサーは、永久磁石、強磁性の極片、およびワイヤのコイルで構成されています。

VR センサーの出力をデジタルで読み取り可能にするには、波形整形が必要です。VR センサーの通常の出力は、正弦波に似た形状のアナログ信号です。アナログ信号の周波数と振幅は、ターゲットの速度に比例します。この波形をデジタルで読み取り可能にするには、コンパレータのような電子チップで矩形にし、平坦化する必要があります。個別の VR センサー インターフェイス回路を実装することもできますが、半導体業界も統合ソリューションを提供しています。例としては、Maxim Integrated 社の MAX9924 ～ MAX9927 VR センサー インターフェイス IC、National Semiconductor 社の LM1815 VR センサー アンプ、ON 半導体社の NCV1124 などがあります。MAX9924 のような統合型 VR センサー インターフェイス回路は、ノイズ耐性を強化する差動入力段、ユーザーが有効にできる内部適応ピークしきい値またはユーザーがプログラムした外部しきい値を備えた高精度アンプおよびコンパレータを備え、広いダイナミック レンジと、正確な位相情報を提供するゼロ交差検出回路を備えています。

シャフトの角度位置または回転速度を測定するには、鉄製の歯付きリングをシャフトに取り付けます。回転するホイールの歯 (またはその他のターゲット機能) が磁石の表面を通過すると、磁石を通過する磁束の量、ひいてはコイルが変化します。ギアの歯がセンサーに近い場合、磁束は最大になります。歯が離れると、磁束は減少します。ターゲットが移動すると、時間とともに変化する磁束が発生し、コイルに比例した電圧が発生します。その後、後続の電子機器を使用してこの信号を処理し、より簡単にカウントおよびタイミングできる波形を取得します。このシステムは、自動車の電子点火装置やABS ブレーキに使用されています。2 つのリラクタ リングをシャフトに取り付けると、トルクを測定できます。リラクタ リングの歯の間隔は均一でも不均一でもかまいません。^[1]

VR センサーは非常に成熟した技術に基づいていますが、それでもいくつかの重要な利点があります。まず、低コストです。ワイヤと磁石のコイルは比較的安価です。残念ながら、トランスデューサーの低コストは、有用な信号を回復するために必要な追加の信号処理回路のコストによって部分的に相殺されます。また、VR センサーによって生成される信号の大きさはターゲットの速度に比例するため、非常に低速の信号に対応する回路を設計することは困難です。特定の VR 検知システムには、ターゲットがどれだけ低速で移動しても使用可能な信号を生成することができるかについて明確な制限があります。代替となるがより高価な技術は、ホール効果センサーです。ホール効果センサーは真のゼロ rpm センサーであり、伝達動作がまったくないときでも情報をアクティブに提供します。

ただし、VR センサーが優れている分野の 1 つは、高温アプリケーションです。動作温度はデバイスに使用される材料の特性によって制限されるため、適切な構造の VR センサーは 300 °C を超える温度でも動作するようにできます。このような極端なアプリケーションの例としては、ジェット エンジンのタービン速度の検知や、自動車のエンジン カム シャフトとクランクシャフトの位置制御などがあります。

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