WILLKOMMEN IM SENSOR KOSMOS Magnetische Mikro- und Nanotechnologie für robuste Sensorlösungen
WELCOME TO THE SENSOR COSMOS
Magnetic Micro- and Nanotechnology for Robust Sensor Solutions
PRODUKTKATALOG 2011/2012 PRODUCT CATALOGUE 2011/2012
Highlights Das Sensormodul EBx7811 wurde für die Positionsmessung an Zahnstrukturen konzipiert und zeichnet sich durch eine leistungsfähige Elektronik mit inkrementellem Signalausgang aus. Das Sensormodul basiert auf der GLMModul-Technik, der notwendige Magnet für das Arbeitsmagnetfeld ist bereits integriert und spart Montage- und Justageaufwand. Es ist verfügbar mit verschiedenen Auflösungen bis zu 2,5 µm, mit und ohne Referenzsignal. The sensor module EBx7811 is designed for position measurement using toothed structures and is characterized by a high-performance electronic circuit with incremental output signals. The sensor module is based on the GLM tooth sensor module, with an integrated magnet for the working magnetic field, which saves assembly and adjustment effort. It is available with different resolutions down to 2.5 µm, with or without reference signal. Die hochdynamischen Stromsensoren der CDS4000 Familie zeichnen sich nicht nur durch ihre exzellente Genauigkeit, potenzialfreie Messung und extrem kleinen Abmessungen aus, sondern auch durch erhöhte Isolationseigenschaften und einen erweiterten Temperaturbereich von -40 bis +105 °C aus. Sie sind für Nennströme von 6 bis 150 A ausgelegt und können den dreifachen Nennstrom abbilden. The highly dynamic CDS4000 current sensor family not only exhibits an excellent accuracy, potential-free measurement and extremely small dimensions, but also increased insulation and an extended temperature range from -40 to +105 °C. They are available for nominal currents from 6 to 150 A. Peak currents up to threefold rated current can be measured. Der AFF755 Magnetfeldsensor wurde 2010 von der renommierten Unternehmensberatung Frost & Sullivan mit dem „Global Product Innovation Award“ ausgezeichnet. Er wird vorwiegend als elektronischer Kompass in Smartphones eingesetzt. In 2010 Sensitec was recipient of the „Global Product Innovation Award“ from the wellknown consultancy Frost and Sullivan for the AFF755 magnetic field sensor, which is typically used in the electronic compass of smartphones.
Der hochempfindliche GF708 Magnetfeldsensor eignet sich besonders gut als Referenzsensor für inkrementelle Geberlösungen sowie für die zerstörungsfreie Prüfung. The highly sensitive GF708 magnetic field sensor is particularly suited for applications as a reference sensor in incremental encoders or for applications in non-destructive testing.
Inhalt ContentS
Das Unternehmen The Company...................................................................
Technologie Technology.......................................................................
Besondere Konstruktionsmerkmale Special Design Features ..................................................
Forschung Research .........................................................................
Basisanwendungen Basic Applications............................................................
Produktübersicht Product Range.................................................................
MR-Sensor Signalkette MR Sensor Signal Processing ..........................................
Ihre individuelle Systemlösung Your Path to a System Solution........................................
Messanordnungen Measuring Configurations................................................
Winkelmessung Angle Measurement.........................................
Längen- und Positionsmessung Length and Position Measurement.....................
Strommessung Current Measurement......................................
Magnetfeldmessung Magnetic Field Measurement...........................
Anwendungen Applications.....................................................................
Anhang Appendix .........................................................................
Glossar Glossary .........................................................................
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Übrigens… Der Entdecker des Anisotropen Magnetoresistiven Effekts (AMR) ist der britische Physiker William Thomson (1824 – 1907), später Lord Kelvin. 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.
The Anisotropic MagnetoResistive (AMR) effect was discovered by the British physicist William Thomson (1824 – 1907), later better known as Lord Kelvin. He was Professor for Theoretical Physics at the University of Glasgow from 1856 to 1899 and discovered the AMR-effect in 1857. It was to take more than 100 years, and the development of thin-film technology, before this effect could be used in industrial applications.
By the way…
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Outstanding Quality, Innovation and Service
Das Unternehmen The Company Die Sensitec GmbH wurde 1999 in Lahnau bei Wetzlar gegründet. Die Nachfrage nach MR-Sensoren für industrielle und automobile Serienanwendungen war groß und steigt kontinuierlich. Sensitec konnte sich vom Start weg in diesem sich rasant entwickelnden Markt etablieren und wächst ständig. Schon im Jahr 2000 übernahmen wir das Institut für Mikrostrukturtechnologie und Optoelektronik e.V. (IMO) in Wetzlar. Das
IMO hatte damals schon mehr als zehn Jahre Forschungserfahrung auf dem Gebiet der magnetoresistiven Technologie.
Sensitec GmbH was founded in 1999 in Lahnau, near to Wetzlar, in Germany. The demand for MagnetoResistive (MR) sensors for industrial and automotive applications was great and continues to increase. Sensitec was able to establish itself in this rapidly expanding market and grew continuously. Already in 2000 Sensitec was able to take over the Institute for Micro Structure Technology and Opto Electronics (IMO) in Wetzlar. This institute already had more than 10 years research and development experience in the field of magnetoresistive sensors. In 2003 Sensitec took over control of Europe’s most efficient and modern factory
for the production of sensors based on AMRand GMR-technology in Mainz. The range of products for industrial applications could be widened significantly since then.
2003 erwarb Sensitec Europas modernste und leistungsfähigste Fabrik für AMR- und GMR-Sensorik in Mainz. Die Produktpalette für industrielle Anwendungen wurde seitdem stark erweitert. Sensitec hat sich mit verschiedenen Produkten durch eine
The qualification of various automotiverelated products established Sensitec as qualified supplier in this sector. The global automotive industry demands world class levels of product quality and productivity. To achieve this goal Sensitec is working towards certification according to ISO/TS 16949:2002, which describes the quality management standard for suppliers to the automotive industry.
Herausragende Qualität Innovation Service
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entsprechende Qualifizierung auf dem Automobilmarkt etabliert. Um die extrem strengen technischen Spezifikationen der Automobilhersteller hinsichtlich Produktqualität und Produktivität weiterhin zu erfüllen, bereitet Sensitec die Zertifizierung gemäß ISO/TS 16949:2002 vor, die den Qualitätsmanagementstandard für Lieferanten der Automobilindustrie festschreibt.
Unsere Philosophie Our Philosophy Sensitec ist führend in der magnetoresistiven Sensor-Technologie und in magnetischen Mikrosystemen. Unsere Kernkompetenz sehen wir dabei in der Entwicklung, Fertigung und Vermarktung von hochwertigen Produkten und Lösungen für die Messung und Regelung von magnetischen, elektrischen und mechanischen Größen gemäß den Bedürfnissen unserer Kunden in einem sich ständig wan-
delnden Markt. Umfangreiche Patente und Lizenzen zur Herstellung und Anwendung von MR-Sensoren und ein breites Wissensund Erfahrungsspektrum unterstreichen dieses Ziel.
Sensitec is a leading supplier of magnetoresistive sensor technology and magnetic microsystems. Our core capabilities lie in the design, development, production and marketing of sensor solutions for the measurement of magnetic, electrical and mechanical variables according to the requirements of customers in a wide range of different ap-
plication fields. Numerous patents and licences for the production and application of MR sensors, backed by a broad spectrum of experience and knowledge in this field, provide the foundation for these capabilities.
Mit unseren Produkten werden wir auch zukünftig zu mehr Sicherheit und besserer Lebensqualität, zu mehr Komfort und höherer
With our products we wish to make a positive contribution to the safety and quality
Energieeffizienz, zu mehr Innovationsgeist und Produktivität beitragen. Wir denken schon heute an die Lösungen von morgen und schlagen bei den Planungen auch schon einmal völlig neue Wege ein, damit aus Ideen innovative Produkte werden.
of life, to greater comfort and higher energy efficiency, to positively influence the spirit of innovation and to increase productivity. Today, we are already thinking about the solutions of tomorrow and are prepared to take completely new paths to make innovative products out of our ideas.
Unsere Kompetenzen Our CORE CompetenceS Überall dort, wo Bewegung kontrolliert und gesteuert wird, wo Wege, Winkel, Positionen, elektrische Ströme oder magnetische Felder gemessen werden, kommen die magnetoresistiven Sensoren von Sensitec zum Einsatz. Im engen Austausch mit unseren Kunden entwickeln und produzieren wir zuverlässige MR-Sensoren in Großserie.
Magnetoresistive sensors from Sensitec are used wherever movement is to be controlled or where angle, linear motion, position, electrical current or magnetic field strength are to be detected or measured. In close co-operation with our customers we develop and manufacture reliable and performant MR sensors in series production.
Die Medizintechnik, die Automatisierungs-, Mess- und Regeltechnik, die Automobilindustrie oder die Raumfahrt sind nur einige Beispiele für Anwendungsbereiche, die auf fortschrittliche und innovative Lösungen von Sensitec bauen.
The advanced and innovative solutions from Sensitec can be found in many areas, including industrial automation, measurement and control equipment, medical equipment, automotive applications and in aerospace.
Von der Chip-Entwicklung über die ChipFertigung bis hin zur optimalen Kopplung der magnetischen Maßverkörperung sowie der Anpassung der Auswerteelektronik an die vorhandene Aufgabe ist Sensitec der zuverlässige und kompetente System-Partner.
From chip design and production, to the design of customized measurement scales and the development of integrated signal processing electronics for specific applications, Sensitec is a reliable and competent system partner.
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Mr-Sensorik »made in Germany« sensible und präzise Messung, robuste und SMARTE Technik Sensitec ist Inhaber umfangreicher Patente und Lizenzen für die Herstellung und Anwendung von magnetoresistiven Sensoren und magnetischen Mikrosystemen. Sie finden in uns einen kompetenten und erfahrenen Partner, der Ihnen erstklassige Sensoren aus einer Hand und komplett »made in Germany« liefert.
An unserem Standort in Mainz verfügen wir über Europas modernste und leistungsfähigste Chipfabrik, in der wir unter automobilen Qualitätsanforderungen Mikrochips in Dünnschichttechnik für die MR-Technologie herstellen. Auf Wunsch liefern wir Chips auch gesägt vom Wafer auf Folie oder sortiert in Wafflepacks.
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Entsprechend der Anforderungen eines anspruchsvollen weltweiten Marktes werden die Chips am Standort Lahnau ergänzt und zum Sensorsystem komplettiert. Hier stehen Ihnen unsere Fachleute in Entwicklung und Vertrieb zur weiteren Beratung bezüglich unserer vielfältigen Produktpalette als Ansprechpartner zur Verfügung. Unser spezielles Know-how in diesem Bereich setzen wir ein, um Applikationslösungen auch für Ihre Messaufgabe zu erarbeiten.
Durch unser strenges Qualitätsmanagement garantieren wir Ihnen ein Höchstmaß an Qualität und Zuverlässigkeit für die Serienproduktion. Im nächsten Schritt wird eine Zertifizierung gemäß ISO/TS 16949 angestrebt.
Sensitec GmbH Georg-Ohm-Straße 11 35633 Lahnau-Waldgirmes Fon +49 6441-97 88-0 Fax +49 6441-97 88-17
[email protected] www.sensitec.com Sensitec GmbH Hechtsheimer Straße 2 55131 Mainz
Mr SensorS »made in Germany« – sensitive and precise measurement, robust and clever technology Sensitec is the owner of numerous patents and licences for the production and application of magnetoresistive sensors and magnetic microsystems. We are a competent and experienced partner, who can deliver first-rate sensors from a single source, »made in Germany«.
At our location in Mainz we possess Europe’s most efficient and modern factory for the production of MR sensors, where we manufacture microchips using thin-film technology to satisfy automotive quality requirements. We can deliver chips either housed or as bare dice on foil or sorted in waffle packs – in whichever form the customer desires.
The chips are integrated into modules and systems at our location in Lahnau, to satisfy the requirements of a demanding, worldwide market. At this location our specialists in development and sales are available to advise our customers regarding the performance and applications of our broad product programme. We apply this specialized knowhow to help our customers realize solutions for their special measurement task.
Our rigorous quality management system ensures a high level of quality and reliability in series production. A certification according to ISO/TS 16949 is planned.
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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 MagnetfeldStärke 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 TMR-Effekt (Tunnel MagnetoResistive) 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.
Ferromagnetische Metalldünnschicht Ferromagnetic thin film
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). Change in resistance (R) of a AMR strip in a magnetic field (H) as a function of the angle (α) between the current (I) and magnetization (M).
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 GMRSensoren in Serie gefertigt. Die ersten TMRSensoren sind in der Entwicklung. Die CMR-Technologie befindet sich noch im vorindustriellen Forschungsstadium.
+ FM H
I
R
NM
M1 M2 – FM: Ferromagnetische Schicht Ferromagnetic layer NM: Nichtmagnetische Zwischenschicht Nonmagnetic intermediate layer
H
Einfache GMR 3-Schicht Anordnung. Die beiden Magnetisierungen M1 und M2 werden durch das externe Magnetfeld H gedreht. Simple GMR 3-layer arrangement. Both magnetizations M1 and M2 are turned by the external magnetic field H.
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Mr Sensor Technology The MagnetoResistive Effect, »MR-Effect«, has been known for 150 years. However, its use in sensor applications was first made practically possible through the development of thin-film technology some 30 years ago. Since this time, MR sensors have consistently opened up new application fields in magnetic field measurement, be it in an electronic compass, in path- or angle-measuring systems, or in small potential-free current sensors. The term MR sensor is a collective term for sensors based on a range of different, but related physical principles. All MR effects have in common that the electrical resistance of the sensor changes due to the influence of a magnetic field. By adept arrangement of the structure of the sensor quite different tasks can be solved, to sense for example a magnetic field angle, magnetic field strength or a magnetic field gradient The Anisotropic MagnetoResistive (AMR) effect was discovered by Thomson in 1857 and occurs in ferromagnetic materials, whose specific impedance changes with the direction of the applied magnetic field. The resistance change is in the order of a few percent and this effect can be used even for very weak magnetic fields. The Tunnel MagnetoResistive (TMR) effect, discovered by Julliere in 1975, occurs in layer systems consisting of at least two ferromagnetic layers and a thin isolation layer. The tunnel resistance between both layers depends on the angle of both magnetization directions.
The Giant MagnetoResistive (GMR) effect was first discovered in 1988 by Fert and Grünberg, who were awarded with the Nobel Prize for Physics in 2007 for this achievement. This effect occurs in layer systems with at least two ferromagnetic layers and a single non-magnetic, metallic intermediate layer. If the magnetization in these layers is non-parallel, the resistance is larger than if the magnetization is parallel. The difference may reach up to 50 per cent, thus the name “giant”. The change in resistance does not depend on the direction of the current. The characteristics of GMR sensors can be modified by stacking several layers with different properties and magnetizations. This allows the characteristic curve to be targeted on the specific requirements of a particular measurement application.
Of all the known physical effects, by which a solid changes its properties due to magnetism, MR technology has particularly interesting and convincing advantages. The MR effect enables weak magnetic fields to be detected and delivers a signal with an excellent signal-to-noise relationship. At Sensitec sensors based on the AMR- and GMR-effects are in series production. The first TMR-sensors are now under development. CMR technology is still at the pre-industrial research stage.
In 1993 von Helmholt et al discovered the Colossal MagnetoResistive (CMR) effect. This effect occurs in perowskitic, manganesebased oxides, which change their resistance in the presence of a magnetic field.
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DIE VORTEILE DER MAGNETORESISTIVEN TECHNOLOGIE THE ADVANTAGES OF MAGNETORESISTIVE TECHNOLOGY HOHE GENAUIGKEIT HIGH ACCURACY
DYNAMIK DYNAMIC
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. MR sensors feature inherently low hysteresis and high linearity for high measurement accuracy. A variety of different Sensitec technologies, including PERFECTWAVE®, FIXPITCH® and PUREPITCH® designs for angle and length measurement, as well as compensation techniques for current sensing, provide even better performance for particularly demanding measurement applications.
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. MR sensors have an extremely high bandwidth and can detect magnetic fields with frequencies in the megahertz range. They are therefore well suited to high speed measuring applications, for example, for measuring the speed of high frequency machine tool spindles. MR sensors also have extremely short response times and can therefore be used for fast switching applications.
HOHE AUFLÖSUNG HIGH RESOLUTION
HOHE ZUVERLÄSSIGKEIT HIGH RELIABILITY
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. MR sensors possess a very high resolution, which is particularly important in applications requiring very good control quality, such as encoders for direct drive motors. The low noise associated with MRsensors combined with the large output signal results in an excellent signal-to-noise ratio.
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. The solid-state and non-contacting measurement principle means that MR sensors are intrinsically very reliable. This is backed up by wide-ranging and intensive qualification tests, according to the latest industrial and automotive standards, that demonstrate the long-term stability and excellent reliability of Sensitec MR sensors.
VERSCHLEISSFREIHEIT WEAR-FREE 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. The magnetoresistive measurement principle applied in MR sensors is non-contacting, with the result that MR sensors are essentially wear-free. This is the basis for a long operating life without wear or debris, as associated with contacting measurement devices, such as potentiometers.
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HOHE EMPFINDLICHKEIT HIGH SENSITIVITY
GALVANISCHE TRENNUNG GALVANIC ISOLATION
Die Sensitivität von MR-Sensoren ist bis zu 50-mal 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. The sensitivity of MR sensors is very high – up to 50 times higher than other solid-state magnetic sensors, such as Hall effect sensors. Sensitec MR sensors can detect the earth’s magnetic field for compass applications and are also used succesfully in non-destructive testing and vehicle detection applications, where very weak magnetic fields must be measured accurately.
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. The non-contacting MR measurement principle provides galvanic separation in applications where electrical isolation is necessary. The high electrical insulation of Sensitec current sensors is documented by the VDE (German Electrical Engineering Association) product approval.
ROBUSTHEIT ROBUSTNESS
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. Sensitec MR sensors are inherently compact and their high sensitivity allows them to bridge mechanically dependant distances and tolerances to the magnetic scale. This makes them particularly easy to integrate in new or existing machine designs, where space is at a premium, large mechanical tolerances are unavoidable and assembly effort should be kept as low as possible.
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 Ölbohrschacht, arbeiten Sensitec MR-Sensoren stets zuverlässig und langlebig unter den widrigsten Umständen. MR sensors are largely unaffected by very high or very low temperatures, oil, dirt or mechanical loads such as shock or vibration. They can also be used in applications subject to radiation and can be applied in a vacuum. Be it 400 million km distant, at -120 ºC on the surface of Mars, or 10 km beneath the earth`s surface at +200 ºC at the bottom of an oil bore, Sensitec MR sensors operate reliably and long-lived in the most challenging operating environments.
INTEGRATIONSFÄHIGKEIT EASY TO INTEGRATE
ENERGIE-EFFIZIENZ ENERGY EFFICIENT Für batteriebetriebene Anwendungen können MR-Sensoren mit einem hohen Innenwiderstand verwendet werden. Bei Stromsensoren wird durch den integrierten Kompensationsleiter ein sehr geringer Kompensationsstrom benötigt, wodurch Sensitec Stromsensoren extrem energieeffizient sind. MR sensors can be specially designed with a high internal resistance, making them well suited to battery powered applications. The low current consumption associated with the compensation measurement principle of the Sensitec current sensors mean that they exhibit a very low power loss and are highly energy efficient.
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Besondere Konstruktionsmerkmale Special Design features Sensitec ist es gelungen, die Leistungsfähigkeit der Sensoren durch verschiedene konstruktive Modifikationen am Chip-Layout 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.
Sensitec has continuously improved the perfomance of MR sensors by means of different modifications to the chip layout. These patented design concepts, described below in more detail, enable smaller sensor dimensions, higher signal quality, improved robustness with respect to disturbing fields as well as improved control quality.
FREEPITCH® Sensoren wurden dahingehend optimiert, dass sie unabhängig von der Pollänge (Pitch) 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. Chip layout of a sensor with FREEPITCH® design.
FREEPITCH® sensors are optimized so as to be independent of the pole length (pitch) of the measurement scale. Those sensors are therefore particularly compact and come close to an idealized pointsensor. They are the ideal choice when the solution to a measurement task must be cost-effective. In order to keep the sensor chip small the resistances of the Wheatstone bridges are interlaced. To generate the sine/cosine signals the two bridges are oriented at an angle of 45° to one another. FREEPITCH® sensors can be used with pole rings or linear magnetic scales with almost any pole length, as well as with dipole magnets.
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 Wheatstone-Brückenwiderstände 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. Chip layout of a sensor with FIXPITCH® design.
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FIXPITCH® sensors are adapted to the pole length (pitch) of the measurement scale, i. e. the MR strips are geometrically matched to a particular pole length. The sine and cosine signals are generated by distributing the resistances of the Wheatstone bridges along the length of a single pole. This geometric arrangement also serves to suppress higher harmonics and to reduce the sensitivity of the sensor to interference fields. In so doing the linearity of the sensor is optimized.
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 Süd-Pole gemittelt wird, werden auch homogene Störfelder noch besser unterdrückt. Diese Optimierungen machen sich beispielsweise bemerkbar in einer höheren Regelgüte von Regelsystemen.
Chip-Layout eines Sensors mit PUREPITCH® Design. Chip layout of a sensor with PUREPITCH® design.
The PUREPITCH® design is an extension of the FIXPITCH® principle in that the resistances are distributed over several poles. This has an averaging effect on errors in the measurement scale without any signal delay. Because the sensor averages over north and south-poles this principle also serves to suppress the influence of homogenous interference fields. These improvements are reflected in a higher performance in control systems where these sensors are implemented.
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.
Chip-Layout eines Sensors mit PERFECTWAVE® Design. Chip layout of a sensor with PERFECTWAVE® design.
Die Sensormodule mit SMARTFIT®-Technologie 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®-Technologie bietet dem Anwender somit Komfortfunktionen, die das Sensorsystem sicherer, besser und einfacher machen. Beide Funktionen können einzeln oder zusammen in SMARTFIT®-Sensormodulen vorkommen.
The PERFECTWAVE® design improves the signal quality of the FREEPITCH® sensors still further. The MR strips used as resistances have a curved shape, which serves to filter out higher harmonics when the magnetic field direction is converted into an electrical signal. This filter function is achieved by means of the special geometry and arrangement of the MR strips and has no signal delay. The PERFECTWAVE® design is particularly effective for small magnetic fields and results in improved linearity, higher accuracy and better signal quality.
The sensor modules featuring SMARTFIT® technology offer additional functions in the signal processing electronics. On the one hand it is possible to parameterize via the signal line. This allows a built-in sensor module to be re-parameterized (e.g. for changing the measurement resolution) without needing additional wiring. Alternatively, the operating status can be indicated remotely, to inform the user about the correct function or about operating disturbances. This helps support the user during assembly and adjustment and allows quick and easy status monitoring during operation. SMARTFIT® technology therefore offers comfort functions to make the sensor system safer, better and easier to use. Both functions are offered individually or in combination in SMARTFIT® sensor modules.
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WIR FORSCHEN FÜR DIE ZUKUNFT WE RESEARCH FOR THE FUTURE
Sensitec GmbH arbeitet im Verbund mit Industrieunternehmen und Forschungseinrichtungen an Themen, um zukunftsfähige Produkte vorzubereiten. Zurzeit werden neue Lösungen für die Biosensorik, Herstellverfahren für intelligente Sensorsysteme und neue Anwendungen für die TMRTechnologie entwickelt. In der Biosensorik geht es darum, optikbasierte Diagnoseverfahren zur Erkennung von Krankheitserregern bei Mensch und Tier durch neue, magnetoresistive Verfahren zu ergänzen. Damit können der Zeit-, Mess- und Kostenaufwand deutlich reduziert und neue Point-of-Care Diagnoseverfahren direkt vor Ort beim Patienten ermöglicht werden. Diese mobile Diagnostik reduziert den Aufwand für die Arztpraxis und erlaubt eine unmittelbare Rückmeldung an den Patienten. Die Therapie kann schneller begonnen und der
In co-operation with acknowledged experts from industrial partners and research institutes Sensitec is creating the basis for the development of promising products for the future. Currently new solutions in the field of bio-sensor technology, production processes for intelligent sensor systems and new applications for the TMR (Tunnel Magnetoresistive Effect) technology are being developed. In bioanalytics the main emphasis is put on the development of new diagnostic methods based on MR technology for the detection of viruses for human beings and animals. This method is expected to be more cost-effective, faster and safer and can be used for point-of-care applications. Mobile diagnosis reduces effort for the physician and allows a direct feedback
Krankheitsverlauf ggf. verkürzt werden. Diese mobile Technologieplattform hat außerdem das Potenzial Nahrungsmittel auf bestimmte Verunreinigungen zu analysieren, ohne dass eine aufwendige Laboranalytik erforderlich ist. Bei vielen Messaufgaben in der Industrie, im Automobil und im Consumerbereich hält der Trend zur Miniaturisierung bei zunehmender Funktionserweiterung an. Unsere Kunden wünschen komplett gehäuste smarte Sensorsysteme, die beispielsweise mehrere Sensorkomponenten und eine elektronischer Signalauswertung mit einer Standardschnittstelle enthalten. Die Aufbautechnik und die Herstellverfahren dieser Sensormodule müssen den Anforderungen magnetischer Sensorsysteme genügen, deutlich kostengünstiger als bislang genutze Verfahren sowie möglichst einfach vom Anwender verarbeitbar und robust sein. Untersucht werden waferlevelbasierte Verfahren des Chip Stacking und leiterplattenbasierte Batchprozesse, die die Eigenheiten und Vorteile von MR Sensoren berücksichtigen und nutzen.
Die TMR-Technologie verfügt über neue Eigenschaften, die außer in der Speichertechnologie auch für spezielle Sensoranwendungen interessant sind. So zeigen die TMR-Elemente eine sehr viel höhere Empfindlichkeit bei sehr geringem Stromverbrauch (low power). Die geringe laterale Ausdehnung der Sensorstrukturen prädestiniert diese Technologie für den Aufbau von Arrays, die z.B. für magnetische Bildgebung oder Multianalytdiagnose in der Biosensorik eingesetzt werden können. Um möglichst rasch neue Sensorideen aus der Forschung in marktfähige Produkte zu überführen, werden auf Serienanlagen der Sensitec GmbH neue Sensordesigns getestet und geeignete Fertigungsverfahren entwickelt. Die Projektpartner aus Forschung und Industrie haben zu den Ergebnissen und Erfolgen in den Forschungsprojekten auf unterschiedlichste Weise beigetragen. Finanziell werden die Vorhaben insbesondere vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) sowie der Landesregierung von Rheinland-Pfalz unterstützt. Sensitec GmbH dankt allen, die zum Gelingen der Projekte einen Beitrag geleistet haben!
to the patient. Consequently, therapy can be started earlier and the course of an illness may be shortened. Furthermore, this mobile technology platform may be used in analytical devices for certain types of contamination, and thereby making complex laboratory analysis unnecessary.
effective than recently used methods and they have to be robust and easily processible by the user. Wafer-level packaging technologies, including chip stacking and PCB-based batch processes, which make use of the special features and advantages of MR sensors, are being investigated.
In many measuring tasks in the industrial, automotive or consumer area a trend towards miniaturisation in association with increased functionality can be observed. Our customers have a need for housed smart sensor systems which, for example, include several sensor components and an electronic signal evaluation with a standard interface.
TMR technology provides new characteristics which are not only relevant for storage technology but are also interesting for specific sensor applications. Higher sensitivity and low power consumption are typical features of TMR elements. The small lateral dimensions of sensor structures makes this technology especially well suited for the design of arrays, which for example, can be used for magnetic imaging or bio-analytical diagnostics. In order to realize a short time-to-market from new sensor development and research to marketable product, new sensor designs are manufactured and tested on series production systems at Sensitec GmbH and appropriate processing methods are developed.
The design and the production process must comply with the requirements of magnetic sensor systems, they must be more cost-
Project partners from research and industry have all contributed to the results and success of the projects. Main sponsors are the Federal Ministry for Education and Research (BMBF) and the State of RhinelandPalatinate. Sensitec would like to take this opportunity to thank all parties involved.
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WAS MÖCHTEN SIE MESSEN? Wir haben die passende Lösung! WHAT DO YOU WANT TO MEASURE? We have the right solution! Winkelmessung Angle Measurement • Inkrementelle oder absolute Winkel- messung • Genauigkeit im Winkelsekunden- Bereich • Je nach Einsatzort und Aufgabe: - Mit magnetischer Maßverkörperung am Wellenende oder -umfang - Oder mit ferromagnetischen Zahn strukturen am Wellenumfang
• incremental or absolute angle measurement • accuracy in the range of seconds of arc • depending on the application: - either with a magnetic measurement scale at the shaft end or shaft circumference - or with ferro-magnetic toothed structures at the shaft circumference
Längen- und Positionsmessung Length and Position Measurement • Inkrementelle oder absolute Weg messung und Positionsbestimmung • Genauigkeit im µm-Bereich • Je nach Einsatzort und Aufgabe: - Mit magnetischer Maßver körperung - Oder mittels ferromagnetischen Zahnstrukturen
• incremental or absolute path measurement and position sensing • accuracy in µm-range • depending on the application: - either with a magnetic measurement scale - or with ferro-magnetic toothed structures
Strommessung Current Measurement • Hochdynamische und präzise Strommessung • Ohne Flusskonzentratoren • Sehr kleine und kompakte Bauweise • Geringe Verlustleistung • Hohe Isolationsfestigkeit
• highly dynamic, precise current sensors • without flow concentrators • very small and compact design • minimal power consumption • high insulation strength
Magnetfeldmessung Magnetic Field Measurement • Hochpräzise Messung schwacher magnetischer Felder (50 A/m / 62,5 µT) • Beispielanwendung: - Elektronischer Kompass - Berührungsloses Schaltelement - Referenzsensor
• for precise measurement of weak magnetic fields (50 A/m / 62.5 µT) • possible applications: - electrical compass - non-contacting switches - reference sensors
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PRODUKTÜBERSICHT PRODUCT RANGE
Komponente Component
Modul Module
Kit Kit
Winkelmessung Angle Measurement
AA700 AL600 MWI MWR
GLM700 EBI EBR
EKW01
Längen- und Positionsmessung Length and Position Measurement
AA700 AL600 MLI MLR
GLM700 EBI EBR
EKL01
Strommessung Current Measurement
System System
CDS4000 CMS2000 CMS3000*
Magnetfeldmessung Magnetic Field Measurement
GF705 GF708 AFF700
* Demnächst verfügbar * Coming soon
Von Komponente zum System Sie erhalten von uns alles aus einer Hand: von der Komponente bis zum fertigen System Komponente Component
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Modul Module
From component to system We are a one-stop-shop for everything from a component to a complete system. Kit Kit
System System
Unser Produktprogramm Our Product PROGRAMME
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 ChipFertigung 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 MikrosystemLösungen mit nachhaltig wirtschaftlichem Anwendernutzen aus einer Hand.
Products from Sensitec stand for precise measurement with robust sensor technology. Our magnetoresistive sensor chips and the corresponding microsystems are the basis for the measurement and control of magnetic, electrical and mechanical parameters. At the heart of each sensor is a chip, comprising single nanometre-thin layers or stacks of layers that change their electrical resistance under the influence of an external magnetic field.
From chip design and production, to the design of customized measurement scales and the development of integrated signal processing electronics for specific applications, Sensitec is a reliable and competent system partner. We create product innovations as well as microsystem solutions with enduring customer benefits, all from a single source.
Komponente Component 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.
This term describes single components that are intended for integration into a module or a system. Because the integration must be carried out by the customer, there is an additional design and assembly effort necessary. However, the user has the possibility to configure the complete system as he wishes.
Modul Module 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.
A module from Sensitec comprises several components. The module itself is not yet functional and requires other components – such as a measurement scale – to form a kit or a system.
Kit 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 Component
Konstruktions- und Montageaufwand beim Anwender
This term describes a construction set of individual, unassembled components and modules that are intended for easy customer-side assembly and integration into a machine or device.
System System
Modul Module
User design and assembly effort
Den Integrationsgrad unserer Produkte für den Einbau in Ihr System können Sie selbst bestimmen.
Kit Kit
Integrationsgrad
Level of Integration
You can determine for yourself the level of integration of our products to allow easy implementation in your system.
System 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.
A system is a fully functional combination of Sensitec components or modules in a single package. The advantage of the complete system is a minimization of design and assembly effort and therefore a fast “time-to-market”.
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Mr-Sensor Signalkette Mr Sensor signal Processing 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.
Messgröße Measurand
Elementarsensor Sensor element
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 Kosinussignale 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.
In most applications the “passive” MR sensor requires further signal processing in order to transmit and transform the analogue output signals of the sensor bridges to suit the customer’s application.
Magnet Magnet
N S
MR-Sensor MR sensor
This schematic diagram shows a typical signal processing procedure running through different active components which are used to condition the sensor signals and to forward them to the connected interfaces with the appropriate signal level and form. Vo
The diagram shows an exemplary signal chain in an application using a dipole magnet and a FREEPITCH® sensor. Movement of the magnet generates differential sine and cosine output signals from the sensor, which are then typically amplified. By means of an appropriate choice of amplifier, sensor parameters, e.g. offset, can be adjusted. After this the signal can be transferred to an analogue-/digital converter. Quite often this converter is already implemented in an interpolation ASIC or integrated in a microcontroller. The processing of the digital output signals takes place in a microcontroller with a customized adjustment or in the control unit provided by the customer.
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Analoge Sinus/Kosinus Signale Analogue sine/cosine signals
Analoge Signalaufbereitung Analogue signal processing
A/D Wandlung Analogue to digital conversion
Signalverarbeitung Digital signal processing
A
μC
D Verstärker Amplifier
A/D Wandler A to D converter
Vo
Steuerfunktion Control function
Mikrocontroller Microcontroller
Vo
11 0 1 0 111 0 1 0 1 0 1
Verstärkte Sinus/Kosinus Signale Amplified sine/cosine signals
Digitalisierte Signale Digitalized signals
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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. Nutzen Sie für Ihre Anfrage unsere Kundenanfragedokumente, um uns Ihre Systemanforderungen mitzuteilen. Sie finden die entsprechenden Fragebögen unter www.sensitec.com. Das folgende 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.
Vorentwicklung Preliminary development Heute Today Kundenanfrage Customer enquiry
1-2 Wochen 1-2 weeks Bewertung/Abstimmung Evaluation/Coordination
4-6 Wochen 4-6 weeks Machbarkeitsstudie Feasibility analysis
P
Produkt mit bekannten Komponenten risikofrei umsetzbar Product can be realised using known components.
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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.
Evaluation/Coordination Agreement regarding specifications. Collation of further technical and commercial parameters.
Feasibility analysis Before starting with comprehensive product development a feasibility study including tests and simulation is carried out. This serves to minimize the technical and commercial risk.
Your Path to a System Solution Some customer requirements cannot be fulfilled using standard components, modules or kits. In this case our competent team of system developers is ready to develop a customized system solution. Please use the technical questionnaires, which you can find on our website at www.sensitec.com, to provide us with the required specifications for your system. The diagram below shows the ideal path to a customized system solution. The individual phases and durations are adapted to suit a specific system project.
Produktentwicklung Product development 6-12 Wochen 6-12 weeks Phase A: Funktionsmuster Phase A: Functional samples
Produktion ProduCtion
6-12 Wochen 6-12 weeks A
Phase B: Prototypen Phase B: Prototype
~ 1/2 Jahr ~ 1/2 year B
Phase C: Vorserie Phase C: Pre-series
1-2 Jahre 1-2 years C
Phase D: Serienprodukt Phase D: Series product
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.
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.
Phase C Implementation of the production processes on machines for series production.
Phase D Verification of the product and the production process after a defined period of series production and/or production quantity. If necessary a plan for further product optimization is created.
Product and production development Product and production development are divided into several phases: Phase A Production of functional samples, possibly with a limited range of functions. Evaluation of the technical feasibility.
Phase B Realisation of prototypes with a performance close to that of the series product. Dimensions, design and functions are as defined by the specification. After phase B the actual product development stage is near completion.
=Review / Freigaben =Design reviews / releases
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Messanordnungen MEASURING CONFIGURATIONS 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.
The examples shown here represent a selection of typical measuring arrangements. The choice of the appropriate configuration for a given measuring task depends on the requirements and boundary conditions. Please ask us for advice. Anordnung Configuration
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Rotierender Magnet; Sensor in der Rotationsachse auf einem Träger Rotating magnet; sensor mounted on a substrate on the axis of rotation
Absolute Winkelmessung 0 - 180° am Wellenende, axial Absolute angle measurement up to 180° at the shaft end (axial)
2
Rotierender Magnet; Sensor seitlich zur Rotationsachse auf einem Träger Rotating magnet; sensor mounted on a substrate perpendicularly to the axis of rotation
Absolute Winkelmessung 0 - 180° am Wellenumfang, radial Absolute angle measurement up to 180° at the shaft circumference
3
Linear bewegter Magnet; Sensor seitlich auf einem Träger Magnet moves linearly; sensor mounted at the edge of a substrate
Absolute Wegmessung entlang eines Magneten Absolute length measurement along a magnet
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Linear bewegter Magnet; Sensor seitlich auf einem Träger Magnet moves linearly; sensor mounted at the edge of a substrate
Magnetischer Schalter
Linear bewegter Magnet; Sensor frontal auf einem Träger Magnet moves linearly; sensor mounted at the edge of a substrate
Magnetischer Schalter
Magnetisches Polrad mit fester Polteilung; Sensor radial angeordnet, Sensorfläche in Rotationsebene Magnetic pole ring with fixed pitch; sensor mounted on substrate radially to the pole ring; sensor surface in the plane of the pole ring
Inkrementale Winkelmessung am Wellenumfang
Ferromagnetisches Zahnrad mit festem Zahnabstand, Sensor radial angeordnet mit Hilfsmagnet Ferro-magnetic toothed wheel with fixed pitch; sensor with bias magnet mounted radially to the toothed wheel
Inkrementale Winkelmessung am Wellenumfang
Linearer Maßstab mit fester Polteilung; Sensor senkrecht auf der Magnetspur des Maßstabes Linear magnetic scale with fixed pole length (pitch); sensor mounted perpendicularly to the magnetic track on the scale
Inkrementale Wegmessung
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Applikationsbeispiel Application Example
Magnetic switch
Magnetic switch
Incremental angle measurement at the shaft circumference
Incremental angle measurement at the shaft circumference
Incremental length measurement
Anordnung Configuration
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Applikationsbeispiel Application Example
Sensoren senkrecht zu den Magnetspuren des Maßstabs Sensors mounted perpencicularly to the magnetic tracks on the scale
Inkrementale Lineramessung mit Referenzpunkt
Mehrspuranwendung mit linearen Maßstäben mit fester Polteilung; Sensoren senkrecht zu den Magnetspuren des Maßstabes Multi track linear magnetic scale with fixed pole length (pitch); sensors mounted perpendicularly to the magnetic track on the scale
Absolute Wegmessung mittels Codespur
Ferromagnetische Zahnstange mit festem Zahnabstand, Sensor senkrecht zu der Zahnstruktur mit Hilfsmagnet Ferro-magnetic toothed rack with fixed pitch; sensor with bias magnet mounted perpendicularly to the rack
Inkrementale Wegmessung
Sensor über zwei stromdurchflossenen Leitern (Gegentakt) Sensor mounted across two conductors
Strommessung
Sensor in Ebene des zu messenden Magnetfeldes Sensor in the plane of the magnetic field
Magnetfeldmessung, Kompass
Sensoren senkrecht zu den Magnetspuren des Maßstabs Sensors mounted perpendicularly to the magnetic tracks on the scale
Inkrementale Wellenumfangsmessung mit Referenzpunkt Incremental angle measurement at the shaft circumference with reference point
Linearmaßstab mit Nonius-Spur. Beide Sensoren senkrecht zu den Magnetspuren Linear measurement scale with nonius track. Both sensors are mounted perpendicularly to the magnetic tracks
Linear- und Absolutmessung mit Noniusprinzip
Ferromagnetisches Zahnrad mit fester Zahnstruktur zuzüglich einer ferromagnetischen Referenzspur, Sensor mit Hilfsmagnet senkrecht zu der Zahnstruktur Ferromagnetic toothed wheel with fixed tooth structure and ferromagnetic reference track, sensor with bias magnet mounted perpendicularly to the tooth structure
Inkrementale Winkel- oder Drehzahlmessung mit Referenz
Ferromagnetische Zahnstange mit festem Zahnabstand und einer ferromagnetischen Referenzspur, Sensor mit Hilfsmagnet senkrecht zu der Zahnstruktur Ferromagnetic toothed rack with fixed tooth pitch and ferromagnetic reference track, sensor with bias magnet mounted perpendicularly to the tooth structure
Inkrementale Wegmessung mit Referenz
Incremental linear measurement with reference point
Absolute length measurement with code track
Incremental length measurement
Current measurement
Magnetic field measurement, compass
Linear and absolute measurement using nonius principle
Incremental angle or speed measurement with reference
Incremental length measurement with reference
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Winkelmessung | Angle Measurement
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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.
To set the standard you have to be able to measure it.
Set the standard.
Sensitec sensors for measuring angles permit continuously precise and dynamic measurement over a broad range of temperatures, even at low field strengths. Sensitec sensors are not susceptible to dirt or interference.
Winkelmessung – Grundlagen | Angle Measurement – Basic Principles
Winkelmessung Angle Measurement 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 elastomergebundenem 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 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 AL600-Serie, wie zum Beispiel der AL629 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 den Magnetfeldsensor 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. 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.
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MR-Sensor am Wellenende mit Dipol-Magnet MR sensor at shaft end with dipole magnet
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 Winkelminutenbereich können somit erreicht werden. Mit besonderen Designs können auch Genauigkeiten im Winkelsekundenbereich erzielt werden. Ein großer Vorteil der MRSensoren 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 extreme 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.
Angle measurement is one of the main application areas for MR sensors. The non-contacting, wear-free measuring principle, combined with high accuracy and highly dynamic performance make MR sensors the ideal choice for machine designers. MR sensors offer different methods for the measurement of angles. Each of them is optimized to fulfill the requirements of the individual application. There are two basic measurement concepts for angle measurement: measurement at the shaft end or measurement at the shaft circumference. For measurement at the shaft end a dipole magnet is typically used to measure the angle. For measurement at the shaft circumference there are two possibilities: Either an active pole ring or a toothed wheel can be used. The active pole ring is made of, for example, elastomer bound hard ferrite and is magnetized with alternating north-south poles. If a toothed wheel is to be used as a passive measurement scale, it has to be manufactured from a magnetically soft metal. When measuring the angle of rotation at the shaft end using a dipole magnet the AA700 series can be used because these sensors feature FREEPITCH® technology and are not fixed to a particular pole length (pitch). If a multi-pole ring is used for measurement at the shaft circumference then a pole matched sensor is appropriate. It is recommended to use sensors featuring FIXPITCH® technology from the AL600 series, such as the AL629 for 1 mm poles (2 mm pole pair length). When using a toothed wheel the sensors from the GLM series are best suited. Here the magnets for the working magnetic field are already integrated in the sensor module. The GLM sensor modules are used not only for measurements using gear wheels, but even using tooth-like structures (e.g. a metal disk with holes) the sensors provide precise sine and cosine signals, which are well suited for further signal processing. In some applications a reference sensor is needed for homing purposes. This reference can be realized by a second sensor, such as the GF705 or the GF708 magnetic field sensor. A reference position on a second track on the active pole ring is detected by these sensors and used for the generation of a Z-impulse. When using a passive measurement scale a single tooth or a single groove on an additional ring can be used to generate the reference.
and cosine signals. This configuration reduces temperature drift and increases the signal output of the sensor. In Sensitec’s sensor modules the signal is conditioned with additional electronics to convert the delivered signal so that the user can process it easily in his application. This can typically require a 1 V peak-to-peak signal or a digital signal (AB signals). Also digital serial protocols, such as SSI or BiSS are possible. Offset and phase differences between the sine and cosine signals can also be compensated. The resolution that can be achieved depends on the MR sensor used and the signal conditioning electronics applied. Accuracies in the range of just a few minutes of arc can be readily achieved. With special designs resolutions in the range of seconds of arc can be achieved. A major advantage of MR sensors for angle measurement is the non-contacting principle and therefore wear-free operation. The gap between the target and sensor can be as much as several millimetres in specific applications. Dust and oil between the MR sensor and the measurement scale do not have any impact on the measurement result. The very high repeatability makes them especially suitable for precision positioning tasks. The highly dynamic performance of MR sensors allows applications with extremely high speeds and accelerations to be realized. The wide range of permissible ambient temperatures allows MR sensors to be used under extreme operating conditions e.g. in measurement probes for oil drilling (at 200 °C and 1000 bar) or in space applications. MR sensors can also be used to construct rotary encoders that can withstand radiation or that can be used in a vacuum. In most applications of this type the conditioning electronics is the limiting factor, rather than the sensor itself.
MR sensors for angle measurement comprise magnetoresistive strips arranged to form two Wheatstone bridges, which provide differential sine
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Winkelmessung | Angle Measurement
AA700 Familie AA700 family AMR FREEPITCH® Sensor für die Winkelmessung AMR FREEPITCH® Sensors for Angle Measurement 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-board-Montage 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 Wheatstone-Brücken • Sinus- und Kosinus-Ausgangssignal • Umgebungstemperatur von -40 °C bis +150 °C • Verfügbar für SMD-Bestückung • Qualifiziert für automobile Anwendungen (nur SO8 und Chip)
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The patented chip layout of the new Sensitec AA700 family reflects the concentrated expertise of more than a decade. These new chips are ideally suited for applications where highly precise angle and position measurements must be executed in a flexible and cost-effective manner under difficult operating conditions. The AA700 sensor components feature FREEPITCH® technology and are independent of a fixed pole length. The sensors are available as bare die for small form factor chip-on-board assembly or as a SO8housed component for SMD assembly. The AA700 family includes sensors for angle measurement at both shaft end and shaft circumference.
FEATURES • Based on the anisotropic magnetoresistive (AMR) effect • Contains two independent Wheatstone bridges • Sine and cosine output signal • Ambient temperature range from -40 °C to +150 °C • Available for SMD assembly • Automotive qualified (only SO8 and chip)
VORTEILE • Großer Arbeitsabstand zwischen Sensor und Maßstab • Hohe Genauigkeit, auch bei schwachen Magnetfeldern • Hohe zulässige Grenzfrequenz erlaubt Hochgeschwindig keits-Anwendungen (zulässige Winkelfrequenz des Magnetfeldes > 1 MHz) • Hohe Toleranz gegenüber Exzentrizitäten • Unempfindlich gegen Störfelder • Minimale Offsetspannung • Vernachlässigbare Hysterese
ADVANTAGES • Large permissible air gap between sensor and measurement scale • Excellent accuracy, even for weak magnetic field strengths • High permissible frequency allows measurement of very high speed applications (permissible angular frequency of magnetic field > 1 MHz) • Tolerant to shaft eccentricity • Largely insensitive to interference fields • Minimal offset voltage • Negligible hysteresis
ANWENDUNGEN • Inkrementale und absolute Winkelgeber • Motor-Feedback-Systeme • Schnelle Winkelgeschwindigkeitsmessung • Winkelmessung (180° absolut am Wellenende) • Raddrehzahlsensorik • Drehgeber an der Kurbelwelle
APPLICATIONS • Incremental or absolute encoders • Motor feedback systems • Fast rotational speed measurement • Angle detection (180° absolute at shaft end) • Wheel speed sensing • Crankshaft speed sensing
Produkteigenschaften Product Features Sensortyp Sensor type
Messanordnung Measuring configuration
FREEPITCH®
PERFECTWAVE®
√
AA745
√
AA747
Merkmal Feature
√
Optimiert für Messanwendungen am Wellenumfang Qualifiziert für Automobilanwendungen (nur Chip) Optimized for measurement at shaft circumference Qualified for automotive applications (chip only)
√
Optimiert für Messanwendungen am Wellenende Tolerant gegenüber Exzentrizitätsfehlern Qualifiziert für Automobilanwendungen (nur Chip und SO8) Optimized for measurement at shaft end Tolerant with respect to eccentricity errors Qualified for automotive applications (only chip and SO8)
Technische Daten Technical Data
Drehmomentmessung für die Aktivlenkung mit AA745-Sensor Torque measurement for active steering with AA745 sensor
Symbol Symbol
Parameter Parameter
∆α
Wiederholgenauigkeit 1) Angular repeatability 1)
0.05
°
VCC
Versorgungsspannung Supply voltage
5
V
Voff
Offset Spannung pro VCC Offset voltage per VCC
±2
mV/V
Vpeak
Signalamplitude pro VCC Signal amplitude per VCC
13.4
13.0
mV/V
RB
Brückenwiderstand Bridge resistance
3.2
3.2
kΩ
AA745
AA747
Einheit Unit
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) These values refer to operation in saturation at room temperature. The data given in the table are characteristic values. Data sheets with complete technical specifications can be found at www.sensitec.com. 1)
Produktbezeichnungen Product Codes Produktbezeichnung Product code
Abmessungen [mm] Dimensions [mm]
Gehäuse Package
Umgebungstemperaturbereich Tamb Ambient temperature range Tamb
AA745AKA
7.6 x 3.5 x 1.4
SIL6
-40 °C bis to +125 °C
AA745AMA
3.0 x 3.0 x 1.4
LGA
-40 °C bis to +125 °C
AA747AHI
4.9 x 6.0 x 1.8
SO8
-40 °C bis to +150 °C
AA747AMA
3.0 x 3.0 x 1.4
LGA
-40 °C bis to +125 °C
Evaluation-Board
-25 °C bis to +85 °C
ASIL745
21.0 x 24.0 x 2.9
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-Board mit bestücktem AA745-Sensor im SIL6-Gehäuse und zusätzlichem Verstärker zur Verfügung (ASIL745).
The sensors of the AA700 family are also available as individual chips (as wafer, diced on foil or in a waffle pack). Please contact your Sensitec sales engineer for more information on this delivery form. For the evaluation of your application an evaluation-board is available, equipped with SIL6 housed AA745 sensors, with an additional amplifier (ASIL745).
29
Winkelmessung | Angle Measurement
AL600 Familie AL600 FamilY AMR FIXPITCH® Sensor für die Winkelmessung AMR FIXPITCH® Sensors for Angle Measurement Die AL600-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. Dieses Besonderheit – kombiniert mit dem PERFECTWAVE® Design, welches die Oberwellen im Ausgangssignal unterdrückt – bietet hervorragende Winkelmessgenauigkeit und hohe Signalqualität. Diese Sensoren stehen in einem SIL6-Gehäuse für die SMD-Bestückung zur Verfügung.
The AL600 sensor components are based on the proven FIXPITCH® technology. These sensor components are specially designed for use with active measurement scales, that is, with pole rings. The components are so designed, that they can be assembled at the edge of a substrate to allow easy mounting radially to the pole ring. This family includes sensors incorporating PUREPITCH® technology, such that the sensor averages over several poles. This feature combined with the PERFECTWAVE®design, which suppresses higher harmonics in the output signal, provides both excellent angular measurement accuracy and a high signal quality. These sensors are available as a SIL6-housed component for SMD assembly.
MERKMALE • Arbeitsabstand bis zur halben Pollänge der Maßverkörperung • Basiert auf dem anisotropen magnetoresistiven (AMR) Effekt • Beinhaltet zwei unabhängige Wheatstone-Brücken • Sinus- und Kosinus-Ausgangssignal • Umgebungstemperatur von -40 °C bis +125 °C • Verfügbar im SMD-fähigen Gehäuse SIL6
FEATURES • Air gap up to half the pitch of the measurement scale • Based on the anisotropic magnetoresistive (AMR) effect • Contains two independent Wheatstone bridges • Sine and cosine output signal • Ambient temperature range from -40 °C to +125 °C • Available for SMD-assembly in SIL6 housing
VORTEILE • Großer Arbeitsabstand zwischen Sensor und Maßverkör perung • Ausgezeichnete Genauigkeit durch die PUREPITCH® und PERFECTWAVE® Technologie • Hohe zulässige Grenzfrequenz erlaubt Hochgeschwindig- keits-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)
ADVANTAGES • Large permissible air gap between sensor and measurement scale • Excellent accuracy by means of PUREPITCH® and PERFECTWAVE® technologies • High permissible frequency allows measurement of very high speed applications (permissible angular frequency of magnetic field > 1 MHz) • Largely insensitive to homogeneous interference fields due to PERFECTWAVE® technology • No stabilizing magnetic field necessary • Minimal offset voltage • Negligible hysteresis APPLICATIONS • Incremental or absolute encoders • Motor feedback systems • Fast rotational speed measurement (e.g. for high frequency spindles)
Anordnungen Configurations
30
Besondere Merkmale Special Features Sensortyp Sensor type
Messanordnung Measuring configuration
FIXPITCH®
PUREPITCH®
PERFECTWAVE®
Mittelung (Anzahl Pole) Averaging (Number of poles)
√
1
AL614
√
AL616
√
√
√
2
AL629
√
√
√
2
AL630
√
√
√
4
AL637
√
√
√
8
Technische Daten Technical Data Symbol Symbol
Parameter Parameter
∆α
Wiederholgenauigkeit Angular repeatability
P
Polteilung Pitch
d
Arbeitsabstand Air gap
VCC
Versorgungsspannung Supply voltage
Voff
Offsetspannung pro VCC Offset voltage per VCC
±1
±2
±2
±2
±2
mV/V
Vpeak
Signalamplitude pro VCC Signal amplitude per VCC
11.0
11.0
11.5
11.0
11.0
mV/V
RB
Brückenwiderstand Bridge resistance
3.0
3.4
3.6
5.8
4.6
kΩ
RS
Sensorwiderstand Sensor resistance
1.5
1.7
1.8
2.9
2.3
kΩ
Tamb
Umgebungstemperaturbereich Ambient temperature range
AL614
AL616
AL629
AL630
AL637
< 0,5 % der Polteilung als Bogenmaß < 0.5 % of pole pitch subtended at pitch circle
Einheit Unit °
5
2
1
1
0.5
mm
< 2.5
1 MHz) • Tolerant to shaft eccentricity • Largely insensitive to interference fields • Minimal offset voltage • Negligible hysteresis
ANWENDUNGEN • Inkrementale und absolute lineare Positionsmessung • Motor-Feedback-Systeme • Schnelle Positions- und Geschwindigkeitsmessung • Raddrehzahlsensorik • Drehgeber an der Kurbelwelle
APPLICATIONS • Incremental or absolute linear encoders • Motor feedback systems • Speed measurement • Wheel speed sensing • Crankshaft speed sensing
a= 0°
44
Richtung des Magnetfeldes direction of magnetic field
Produkteigenschaften Product Features Sensortyp Sensor type
Messanordnung Measuring configuration
FREEPITCH®
Merkmal Feature
PERFECTWAVE®
AA745
√
√
Für die Montage am Rand der Leiterplatte, zur optimalen Abtastung des Maßstabs Qualifiziert für Automobilanwendungen (nur Chip) For PCB-edge mounting, to optimize the proximity to the scale Qualified for automotive applications (chip only)
AA747
√
√
Qualifiziert für Automobilanwendungen (nur Chip und SO8) Qualified for automotive applications (only chip and SO8)
Technische Daten Technical Data Symbol Symbol
Parameter Parameter
∆I
Wiederholgenauigkeit 1) Angular repeatability 1)
1 to 5 % of pitch 1 to 5 % of pitch
mm
VCC
Versorgungsspannung Supply voltage
5
V
Voff
Offset Spannung pro VCC Offset voltage per VCC
±2
mV/V
Vpeak
Signalamplitude pro VCC Signal amplitude per VCC
13.4
13.0
mV/V
RB
Brückenwiderstand Bridge resistance
3.2
3.2
kΩ
AA745
AA747
Einheit Unit
1) 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) These values refer to operation in saturation at room temperature. The data given in the table are characteristic values. Data sheets with complete technical specifications can be found at www.sensitec.com.
Produktbezeichnungen Product Codes Produkt Product
Abmessungen [mm] Dimensions [mm]
Gehäuse Package
Umgebungstemperaturbereich Tamb Ambient temperature range Tamb
AA745AKA
7.6 x 3.5 x 1.4
SIL6
-40 °C bis to +125 °C
AA745AMA
3.0 x 3.0 x 1.4
LGA
-40 °C bis to +125 °C
AA747AHI
4.9 x 6.0 x 1.8
SO8
-40 °C bis to +150 °C
AA747AMA
3.0 x 3.0 x 1.4
LGA
-40 °C bis to +125 °C
Evaluation-Board
-25 °C bis to +85 °C
ASIL745
21.0 x 24.0 x 2.9
Die Sensoren der AA700-Familie sind auch als reine Chips (als Wafer, gesägt auf Folie und im WafflePack) erhältlich. Für weitere Informationen zu dieser Lieferform wenden Sie sich bitte an Ihren zuständigen Vertriebsingenieur. Zur Evaluierung Ihrer Anwendung steht ein Evaluation-Board mit bestücktem AA745-Sensor im SIL6-Gehäuse und zusätzlichem Verstärker zur Verfügung (ASIL745).
The sensors of the AA700 family are also available as individual chips (as wafer, diced on foil or in a waffle pack). Please contact your Sensitec sales engineer for more information on this delivery form. For the evaluation of your application an evaluation-board is available, equipped with SIL6 housed AA745 sensors, with an additional amplifier (ASIL745).
Übrigens… MR-Workshop mit Sensitec In Kooperation mit der FH GießenFriedberg veranstaltet Sensitec zweimal jährlich ein Praktikum für Ingenieure, Konstrukteure und Techniker, die sich über die optimale Handhabung und die vielfältige Nutzung von MR-Sensoren informieren möchten. Weitere Infos dazu gibt es rechtzeitig unter www.sensitec.com oder direkt bei Sensitec.
MR-Workshop with Sensitec In cooperation with the Fachhochschule Gießen-Friedberg, Sensitec offers twice a year a practical training workshop for engineers, designers and technical specialists who want to learn more about the variety of different applications and the optimized handling of MRsensors. Further information will be published in time under www.sensitec.com or can be requested directly from Sensitec.
By the way…
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Längen- und Positionsmessung | Length and Position Measurement
AL600 Familie AL600 Family AMR FIXPITCH® Sensor für die Längen- und Positionsmessung AMR FIXPITCH® Sensors for Length and Position Measurement Die AL600-Sensorkomponenten basieren auf der bewährten FIXPITCH® Technologie. Diese Sensorkomponenten sind extra entwickelt für die Verwendung mit aktiven Maßverkörperungen. Die Sensoren sind so entwickelt, dass sie an einer Platinenkante bestückt werden können und somit einfach einen Maßstab abtasten können.
The AL600 sensor components are based on the proven FIXPITCH® technology. These sensor components are specially designed for use with active measurement scales. The components are so designed, that they can be assembled at the edge of a substrate to allow easy mounting. This family includes sensors incorporating PUREPITCH® technology, such that the sensor averages over several poles.
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 für die SMD-Bestückung zur Verfügung.
This feature combined with the PERFECTWAVE® design, which suppresses higher harmonics in the output signal, provides both excellent linear measurement accuracy and a high signal quality. These sensors are available as a SIL6-housed component for SMD assembly.
MERKMALE • Arbeitsabstand bis zur halben Pollänge des Maßstabes • Basiert auf dem anisotropen magnetoresistiven (AMR) Effekt • Beinhaltet zwei unabhängige Wheatstone-Brücken • Sinus- und Kosinus-Ausgangssignal • Umgebungstemperatur von -40 °C bis +125 °C • Verfügbar im SMD-fähigen Gehäuse SIL6
FEATURES • Air gap up to half the pitch of the measurement scale • Based on the anisotropic magnetoresistive (AMR) effect • Contains two independent Wheatstone bridges • Sine and cosine output signal • Ambient temperature range from -40 °C to +125 °C • Available for SMD-assembly in SIL6 housing
VORTEILE • Großer Arbeitsabstand zwischen Sensor und Maßstab • Ausgezeichnete Genauigkeit durch die PUREPITCH® und PERFECTWAVE® Technologie • Hohe zulässige Grenzfrequenz erlaubt Hochgeschwindig- keits-Anwendungen (zulässige Winkelgeschwindigkeit 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
AL600 Sensor in SIL6 Gehäuse AL600 sensor in SIL6 housing
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ADVANTAGES • Large permissible air gap between sensor and measurement scale • Excellent accuracy by means of PUREPITCH® and PERFECTWAVE® technologies • High permissible frequency allows measurement of very high speed applications (permissible angular velocity of magnetic field > 1 MHz) • Largely insensitive to homogeneous interference fields • No stabilizing magnetic field necessary • Minimal offset voltage • Negligible hysteresis APPLICATIONS • Incremental or absolute encoders • Micro manipulator • Microscope table
FIXPITCH® Sensoren mit verschiedenen Polteilungen FIXPITCH® sensors with several pitches
Besondere Merkmale Special Features Sensortyp Sensor type
Messanordnung Measuring configuration
FIXPITCH®
PUREPITCH®
PERFECTWAVE®
Mittelung (Anzahl Pole) Averaging (Number of poles)
√
1
AL614
√
AL616
√
√
√
2
AL629
√
√
√
2
AL630
√
√
√
4
AL637
√
√
√
8
Technische Daten Technical Data Einheit Unit
Symbol Symbol
Parameter Parameter
∆l
Wiederholgenauigkeit Repeatability
P
Polteilung Pitch
d
Arbeitsabstand Air gap
VCC
Versorgungsspannung Supply voltage
Voff
Offsetspannung pro VCC Offset voltage per VCC
±1
±2
±2
±2
±2
mV/V
Vpeak
Signalamplitude pro VCC Signal amplitude per VCC
11.0
11.0
11.5
11.0
11.0
mV/V
RB
Brückenwiderstand Bridge resistance
3.0
3.4
3.6
5.8
4.6
kΩ
RS
Sensorwiderstand Sensor resistance
1.5
1.7
1.8
2.9
2.3
kΩ
Tamb
Umgebungstemperaturbereich Ambient temperature range
AL614
AL616
AL629
AA630
AL637
< 0,5 % der Polteilung < 0.5 % of pitch
mm
5
2
1
1
0.5
mm
< 2.5
