MMA153F: Sensor Magnético de Giro (180 grados)

MMA153F: Sensor Magnético de Giro (180 grados)

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Las estrellas fulgurantes de estos tiempos, cuando hablamos de sensores de posición y/o desplazamiento, son los que utilizan medios magnéticos de detección, a partir de un imán permanente móvil y un circuito integrado, encargado de interpretar el movimiento del imán. MultiDimension Technology Co., ha lanzado a la venta el MMA153F, un sensor de rotación  que posee cualidades que otros competidores, de su misma gama, no ofrecen. Este sensor de giro está diseñado como para entregar en su salida una señal senoidal con una amplitud de hasta el 80% de la tensión de alimentación y es capaz de cubrir una rotación completa de 180 grados, con un consumo ultra-bajo de 7uW. Sin dudas, un sensor para tener en cuenta en tus futuros desarrollos.

Tal como te anunciamos en el encabezado, el sensor de giro o “de ánguloMMA153F presenta una posibilidad de medición de ángulos de hasta 180 grados de libertad, devolviendo en su salida (diferencial) una señal senoidal con una amplitud del 80% de la tensión de alimentación y un consumo energético casi despreciable, ubicado en el orden de los 7uW, lo que lo convierte en un aliado ideal para trabajos donde los ahorros energéticos deben ser importantes. Diseñado con tecnología TMR (Tunneling Magnetoresistance), este sensor magnético de un solo eje de rotación, produce una tensión de salida que es sinusoidalmente proporcional al ángulo del campo magnético aplicado en el plano transversal del sensor, es decir, en su corte o sección plana. El sensor MMA153F utiliza un diseño de puente de Wheatstone, que incluye cuatro elementos sensores TMR, capaces de producir la mejor salida de tensión pico a pico de señal para dispositivos de su clase (80%); beneficio que elimina la necesidad de amplificación posterior en muchas aplicaciones. Adicionalmente, demuestra una estabilidad térmica excelente desde los -40°C hasta los 125°C, gracias a la precisión de la tecnología TMR, utilizada para la construcción del puente de Wheatstone, que compensa la excursión de la tensión de salida contra los cambios en la temperatura ambiente.

MMA153F: Sensor Magnético de Giro (180 grados)

La tecnología TMR, utilizada en los MMA153F, se componen de dos capas magnéticas ubicadas una a cada lado de una barrera aislante. Una capa ferro-magnética es “fija" (pinned layer) y no es afectada por el campo magnético externo, mientras que la otra, es una "capa libre" (free layer) que adquiere la magnetización externa y busca alinearse en forma paralela al campo magnético aplicado. Debido a esto, el efecto TMR produce una resistencia que es proporcional  a la diferencia relativa entre las orientaciones de magnetización entre las capas fijas y libres provocando de este modo, que la salida del sensor proporcione una medida de la orientación del campo magnético. En una aplicación típica para “sensar” el giro de un eje, el campo magnético externo es producido por un pequeño imán cercano a la superficie del MMA153F y separado, como mencionamos antes, por una pequeña distancia denominada “entrehierro”. Con esta configuración mecánica, la salida del MMA153F se puede utilizar para proporcionar una medida del ángulo de rotación, la velocidad de la misma y la aceleración del eje.

Según las especificaciones del fabricante, este circuito integrado es funcional con tensiones de alimentación que van desde 1Volt hasta 6Volts (o Voltios). Esta característica favorece la disponibilidad de opciones para el desarrollador, ya que permite su inclusión en sistemas embebidos de 3,3Volts, 5 Volts y hasta en los actuales (y cada vez más presentes) procesadores que trabajan a 1,8Volts. El campo magnético útil con que se puede operar este dispositivo abarca una amplia gama de valores que se extienden desde los 60 a los 400 Oe (1 Oe (Oersted) = 1 Gauss en el aire = 0.1 Mili-Tesla = 79.8 Amper/metro), que permite obtener mediciones de precisión con una buena tolerancia en la distancia de “entrehierro” entre el imán móvil y el sensor.

El efecto TMR produce una resistencia que es proporcional a la diferencia relativa entre las orientaciones de magnetización entre las capas fijas y libres.

MMA153F: Sensor Magnético de Giro (180 grados)

¿Por qué los sensores deben ser magnéticos?

La robótica, la mecatrónica y todos aquellos sistemas electro-mecánicos que se desarrollan en la actualidad, llevan consigo una conjunción de elementos eléctricos y mecánicos que, luego de algunos meses (semanas, días, horas) de uso, comienzan a presentar diferentes tipos de problemas relacionados con la perfecta “simbiosis” que debe existir entre la mecánica y la electrónica utilizadas. Por ejemplo, en un actuador que debe encargarse de devolver una posición mecánica de un eje que rota sobre sí mismo (como es el caso visto en este artículo), o una pieza que se traslada de un espacio a otro, debe existir un sistema electrónico capaz de interpretar este movimiento y devolverlo en forma de señales eléctricas. Los resultados no siempre son los esperados ya que en los sistemas mecánicos, el rozamiento entre partes provoca un desgaste de piezas que no se puede evitar (solo atenuar) y que termina por malograr el sensor. Los sistemas de detección óptica, es decir, un haz de luz que se encargue de leer un encoder digital o un sensor lineal de movimiento, sucumben ante el la suciedad ambiental y las inclemencias del medio ambiente donde se encuentre instalado. Por lo tanto, lo aconsejable siempre es la utilización de sistemas de detección magnética para evitar rozamientos, obtener inmunidad a la suciedad y alcanzar un sistema de trabajo, casi ideal, libre de todo agente externo (o acción interna) que pueda dañar el conjunto sensor al poco tiempo de su desarrollo y puesta en servicio. La gente de MultiDimension Technology Co., así lo entiende y su excelente producto, el MMA153F, es una muestra fiel de esta idea de trabajo.


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Autor: Mario
  • Anónimo

    Muchas gracias por mantenernos informados sobre nuevos ICs, lo considerare par futuros proyectos en lugar de encoder o potenciometros

  • Juan

    Hola Mario,

    Gracias por la Referencia a este IC, es muy interesante, y siendo de un manufacturador Chino probablemente a muy bajo costo, la compañía tiene soluciones de magnéticos bastante interesantes.

    En un desarrollo anterior habia utilizado un latch bipolar de allegro:
    http://www.allegromicro.com/Products/Magnetic-Digital-Position-Sensor-ICs/Micropower-Switches-Latches/A3211-2.aspx
    Bastante confiable, de bajo consumo, y de muy pequeño tamaño.

    La empresa que referencias tiene uno similar:
    http://www.dowaytech.com/en/showcp.asp?ID=6 Que puede ser un buen reemplazo (ajustando).

    Tengo dos preguntas al respecto:
    1. Esta compañía no esta listada en Digikey ni en los sitios usuales, ni tampoco con element 14 directamente en Asia. Como has llegado a el?

    2. Con respecto al manejo de los imanes permanentes parar este tipo de aplicación, cual es la manera correcta de calcular las características del imán necesario y su distancia en términos comerciales? Pues no he dado con un estándar para comprar los imanes y ha sido más un proceso empírico de probar diferentes muestras.

    Gracias y Saludos!

    Juan.

    • Anónimo

      #2
      Hola Juan!

      Gracias por leer mis artículos!
      Respecto a tus preguntas:

      1) Estoy suscripto a un boletín de noticias de GlobalSpec que siempre envía correos electrónicos sobre nuevos productos en el mercado y este fué uno que me llamó la atención por sus prestaciones y porque siempre es interesante estar atento a los sensores magnéticos. Además, como habrás leído en el último párrafo, según mi criterio, son una solución altamente superior por sobre los de acoplamiento mecánico u óptico. El enlace es el último de los tres que hay al final del texto.

      2) Respecto al manejo de los imanes permanentes , en mi caso, es de forma empírica ya que no me dedico a hacer trabajos en serie con grandes volúmenes de producción, pero si así fuera, tomaría en cuenta la distancia del entrehierro (imán – dispositivo)según la aplicación a desarrollar, tomaría nota de los valores que indica la hoja de datos del dispositivo (en Gauss) y me pondría en contacto con un fabricante de imanes haciéndole un primer encargo de muestras para ensayos de prototipos. Una vez verificado el funcionamiento (o no) en las pruebas de banco, haría el pedido en grandes cantidades. A priori, lo manejaría de ese modo, te reitero, en caso de manejar grandes volúmenes de fabricación. De lo contrario, para mis gadgets y entretenimientos, me manejo (y me he tenido que manejar siempre), como tú dices, en forma empírica.

      Gracias por tus comentarios Juan!
      Nos vemos! :)
      Saludos!
      Mario Sacco