Quando il sensore misura se stesso: la calibrazione automatizzata garantisce la precisione dei sensori di campo magnetico compatti
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I ricercatori dell’INNOVENT e.V. di Jena hanno sviluppato un procedimento che consente di trasformare sensori Hall economici e compatti in strumenti di misura del campo magnetico precisi e con compensazione termica. La metodologia è applicabile a diversi tipi di sensori.
I ricercatori dell’INNOVENT e.V. di Jena hanno sviluppato un procedimento che consente di trasformare sensori Hall economici e compatti in strumenti di misurazione del campo magnetico precisi e con compensazione termica.
Copyright: INNOVENT e.V.
I sensori Hall a tre assi sono piccoli, robusti ed economici, ma sono considerati poco adatti per misurazioni assolute affidabili della densità di flusso magnetico: il loro segnale subisce una deriva con la temperatura, i loro tre assi di misura non sono esattamente perpendicolari tra loro a causa delle tolleranze di produzione e la loro sensibilità non è lineare. Nel progetto di ricerca «M-Gauss», l’INNOVENT e.V. ha elaborato una metodologia di caratterizzazione e calibrazione che rileva sistematicamente queste fonti di errore e le corregge matematicamente.
Caratterizzare anziché stimare Il fulcro del lavoro è la misurazione metrologica completa del comportamento del sensore: in una configurazione di Helmholtz a tre assi con camera di misura termoregolabile e in un elettromagnete con sonde di riferimento a retroazione, il segnale del sensore è stato registrato in funzione dell’intensità di campo e della temperatura (10–40 °C). Da questi dati i ricercatori hanno ricavato diverse fasi di correzione: matrici di trasformazione 3×3 che ortogonalizzano la posizione spaziale effettiva degli assi del sensore, nonché un modello di compensazione che descrive la variazione di sensibilità tramite polinomi di terzo grado. Poiché una tale calibrazione è difficilmente realizzabile manualmente, è stata trasformata in una procedura automatizzata: un automa a stati controlla la configurazione di calibrazione e la tecnica di misurazione e determina autonomamente le costanti di compensazione necessarie. Nella fase di validazione, il metodo ha raggiunto una precisione inferiore allo 0,5% del valore massimo del campo di misura su tutti e tre gli assi.
Applicabile oltre il singolo caso La metodologia sviluppata non è limitata a un sensore specifico, ma è in linea di principio applicabile ad altri sensori Hall a tre assi – ad esempio ai sensori HallinOne dell’Istituto Fraunhofer. Come ulteriore risultato, i ricercatori sono riusciti a dimostrare, dal punto di vista metrologico, quali siano i limiti della tecnologia dei sensori Hall: essa è adatta solo in misura limitata alla determinazione dei momenti magnetici; in questo ambito è stato caratterizzato un approccio alternativo basato sull’AMR. Le conoscenze acquisite stanno già confluendo in ulteriori progetti di ricerca dell’istituto. La metodologia verrà presentata, tra l’altro, alla conferenza Magsense a Jena. Nota sul finanziamento
Il progetto «M-Gauss» è stato realizzato nell’ambito della linea guida FTI-Turingia TECHNOLOGIE come progetto consortile (partner del consorzio: Matesy GmbH, Jena) ed è stato cofinanziato con fondi del Fondo europeo di sviluppo regionale (FESR) e dello Stato libero di Turingia.
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