Genellikle joystick kullanımı sürecinde, analog çıkış sinyali elde etmenin iki yolu vardır: Hall sensör formu ve potansiyometre tipi.
1, Bu makale, Hall sensörünün temel uygulama prensibini, 2D Hall ve 3D Hall arasındaki farkları, avantajları ve dezavantajları açıklığa kavuşturmayı amaçlamaktadır.
Hall Etkisinin Tanımı:
Hall etkisi, 1879'da fizikçi Hall tarafından keşfedildi. Manyetik alan ile indüklenen voltaj arasındaki ilişkiyi tanımlar. Bu etki, geleneksel elektromanyetik indüksiyondan tamamen farklıdır.
——İnternetten görüntü
Yukarıda gösterildiği gibi, bir elektrik akımı bir manyetik alana (gölgeli yüzey) yerleştirilmiş bir iletkenden geçtiğinde, manyetik alan iletkendeki elektronlara elektronların hareket yönüne dik bir kuvvet uygulayarak potansiyel bir fark oluşturur. iletkene ve manyetik endüktans hattına dik her iki yönde.
Yarı iletkene akım yönüne dik bir manyetik alan uygulandığında, yarı iletkendeki elektronlar ve delikler Lorentz kuvveti tarafından farklı yönlerde çekilecek ve farklı yönlerde toplanacaktır. Toplanan elektronlar ve delikler arasında elektrik alanı oluşacaktır. Elektrik alan kuvveti ve Lorentz kuvveti dengelendikten sonra, artık toplanmazlar. Bu durumda, elektrik alanı, sonraki elektronları ve boşlukları elektrik alan kuvvetine tabi hale getirecek ve manyetik alan tarafından üretilen Lorentz kuvvetini dengeleyecek, böylece sonraki elektronlar ve boşluklar, Hall etkisi olan sapma olmaksızın sorunsuz bir şekilde geçebilirler. . İki taraf arasındaki voltaj farkına Hall voltajı denir.
Şematik diyagram
Elektron, manyetik alanda bir Lorentz kuvveti ile sonuçlanan bir potansiyel farkı yaratır.
Lorentz kuvveti F=qE artı qvB/c
Yani salon alanı
UH=RH·I= -B·I /(q·n·c)
Hall Etkisinin Uygulanması:
Hall etkisi daha önce keşfedilmiş olmasına rağmen, sabit mıknatısların ve elektronik bileşenlerin geliştirilmesiyle sınırlıydı. Hall sensörleri ilk olarak 1970'lerde ortaya çıktı.
Temel Hall sensörü, silikon tek kristal malzemeden devre çipini hava geçirmez bir paketleme yapısına paketleyerek son derece güvenilir bir Hall çip entegre devresi olarak tasarlanmıştır.
Bununla birlikte, devre tasarım sorunları nedeniyle, ilk kez kullanılan Hall çipi, gerçek endüstriyel ortamda uygulanamayan sıcaklık kayması nedeniyle büyük voltaj değişiklikleri üretecektir.
Daha sonra, 1990'lara kadar, MLX gibi bazı şirketler, manyetik alan hesaplama formülündeki sıcaklıkla ilgili parametrelerin etkisini dengelemek için sıcaklık dengeleme devreleri kullandılar, böylece manyetik alan sıcaklıkla değişmez. Ayrıca Hall çipi, Hall çipi tarafından ayarlanan analog çıkışı kullanım gereksinimlerine uyarlaması gerekmeyen ve Hall çipinin kullanım senaryosunu ve kapsamını büyük ölçüde genişleten programlanabilir işlemi gerçekleştirmiştir.
Hall çipi, endüstriyel ve araç ortamında yaygın olarak kullanılmaya başlandı, yer değiştirme ve dönüş Açısı parametrelerini yargılamak ve bunları analog çıkışa dönüştürmek için kullanıldı.
MLX Company'nin ardından yurtiçi ve yurtdışındaki birçok IC üreticisi Hall çipinin geliştirilmesine katıldı. Şu anda kullanılan geleneksel Hall çipi, analog çıkışın çözünürlüğünü ve doğruluğunu büyük ölçüde artıran artıklık kararı için üst üste bindirilmiş birden fazla Hall çipinden yapılır.
Kulpta Hall kullanımı:
Erken endüstriyel kulplar, mermiyi hidrolik valfi çalıştırmak için iten kolun dönen yapısı aracılığıyla analog çıktı elde etti. Akıllı kontrol ve mantık tasarımında eksiklikler olacak ve hidrolik cihaz kaçınılmaz olarak, yüksek kirlilik seviyesi gereksinimleri olan sahnede veya temiz bir ortam gerektiren sahnede kullanılamayan yağ sızıntısı fenomenine sahip olacaktır.
Mermi formunun hidrolik kullanımı
——İnternetten görüntü
Hall, ilk olarak bir Alman üretici olan Danfoss tarafından oyun çubuklarında kullanıldı. Başlıca ürünleri JS1, JS1000 ve benzeridir.
Sapta, MLX, TI, McGahn ve benzeri dahil olmak üzere Hall çip üreticileri yaygın olarak kullanılmaktadır.
2 boyutlu uçak salonu ile 3 boyutlu salon arasında farklı kullanım şekillerine göre farklılıklar bulunmaktadır.
2D Salon ve 3D Salon arasındaki fark:
Normalde, sapta Hall kullanımı döner ve yer değiştirme ve salınım olarak ikiye ayrılır. Döner tip 2D Hall'dur ve yer değiştirme ve salınım tipi 3D Hall'dur.
* Manyetik çelik kullanımına dikkat edin:
Salon formundan bağımsız olarak, Salonun çalışmasının istikrarını sağlamak için iki kritik kontrol gereksinimi vardır.
Birincisi, farklı Hall çip modellerine göre değişen, manyetik çelik ile Hall merkezi arasındaki mesafedir. Genellikle yaklaşık 1~5 mm'dir.
İkincisi, manyetik çeliğin mıknatıslanma boyutudur, Hall çip modeline göre farklıdır, genellikle düzinelerce mT ila yüzlerce mT arasındadır.
İki parametreden biri aralığın dışındaysa veya sapma büyükse, Hall çipinin kararsızlığına neden olarak çıktı mutasyonuna veya çıktı sapmasına neden olur.
Ek olarak, genel olarak manyetik çelik, uzun süreli kullanımı sırasında demanyetizasyon nedeniyle çıkış sapmasına neden olmaz ve anahtar parametresi manyetik çeliğin koersivitesidir. Zorlayıcılık, manyetik malzemelerin doygunluk mıknatıslanmasından sonra harici manyetik alan sıfıra döndüğünde B'nin sıfıra dönmediği manyetik indüksiyon yoğunluğunu ifade eder. Sadece orijinal mıknatıslanma alanının zıt yönünde belirli bir büyüklükte bir manyetik alan ekleyerek, manyetik indüksiyon yoğunluğu, zorlayıcı manyetik alan veya zorlayıcı kuvvet olarak adlandırılan sıfıra dönebilir.
Genel olarak, manyetik çeliğin koersivitesi, Hcb'nin 850KA/m'den büyük veya buna eşit olmasını gerektirir; İç zorlayıcılık Hcj 955KA/m'den büyük veya eşit. Ana etki faktörü, manyetik çeliğin malzemesidir. Genel olarak, ferrit malzemenin koersivitesi küçüktür, bu da manyetik çeliğin uzun süre demanyetizasyonuna yol açacaktır. Ve NdFeb malzemesinin koersivitesi daha büyüktür, kullanım koşulları altında genellikle uzun vadeli olmayan yüksek sıcaklık (60 ~ 80 derecenin üzerinde), yaklaşık beş ila on yıllık kullanım fazlasıyla yeterlidir.
Sap için kullanılan manyetik çelik genellikle N35 Ndfeb manyetik çeliktir.
Manyetik çeliğin diğer kontrollü elemanları, kalıntı Br ve maksimum manyetik enerji ürünü BH(maks)'dır.
1. Döner tip:
Döner Salon genellikle dönme ekseninin merkezinde yer alır ve mıknatıslanma yönü radyaldir. Kol mili döndürüldüğünde, Hall sensöründen geçen manyetik akıdaki değişiklik nedeniyle Hall voltajı üretilir.
Bu kullanım yönteminin avantajları şunlardır:
1. İyi voltaj simetrisi;
2. Düşük gerçekleştirme zorluğu;
3. Çift şaft kolu durumunda, XY ekseni girişimi küçüktür;
4. Tek eksenli kol daha az yer kaplar.
5. Düşük mıknatıslanma zorluğu.
6. Dönme Açısı büyük olabilir (360 dereceden az)
Dezavantajları:
1. Çift eksenli tutamaç gerçekleştirildiğinde, nispeten geniş bir alanı kaplaması gerekir;
2. Dönme merkezinde kullanılmalıdır.
dönüş türü
1. Yer değiştirme formülü:
Genellikle yer değiştirmenin kullanımı aynı zamanda ilk bayrak MT1531 çipi gibi 3D Hall'un kullanılmasıdır. Genellikle mıknatıslanma yönü radyaldir. Bu şekilde, manyetik alan çeliğinin orta noktasında her iki tarafta da maksimum olan 0mT'lik bir manyetik akıya sahip olması gerekir. Manyetik çelik bu şekilde manyetize edildiğinde, şerit manyetik çeliğin veya kavisli manyetik çeliğin her iki tarafında da mıknatıslanma homojenliği ile ilgili gereksinimlerin olması gerekir. Manyetik boyut farklıysa, manyetik akı dağılımı eşit olmayacak ve kol sallandığında her iki taraftaki çıkışın doğrusal sapmasına neden olacaktır.
Avantajlar:
1. Yapı basittir ve yer değiştirme salonu fiyatı düşüktür;
2. Dönme merkezine yerleştirilmesi zor olan manyetik çeliğin yapısal fazı daha iyidir;
3. Esnek yapı, daha fazla yapı çeşidi yapabilir.
Dezavantajları:
1. Manyetik çeliğin mıknatıslanma simetrisine ihtiyacı vardır;
2. Genel olarak, yer değiştirme formülünün doğrusal simetrisini gerçekleştirmek çok zordur;
3. Dönüş Açısı çok büyük olmamalıdır; (genellikle 40 dereceyi geçmez)
——MLX90333 spesifikasyonundan görüntü
1. Salıncak tipi:
Salınımlı Salon, çift eksenli salonun ortak bir uygulamasıdır. Birden çok Hall yongasını bir Hall sensörü üzerine bindirerek tek bir yonganın çift eksenli ve hatta çok eksenli çıktısını gerçekleştirir.
Genellikle, manyetik çelik mıknatıslanmanın yönü eksenel mıknatıslanmadır ve dairesel manyetik çeliğin eksenel mıknatıslanması, mıknatıslanma zorluğunu büyük ölçüde azaltacaktır.
——MLX90333 spesifikasyonundan görüntü
Hall sensörleri için, tek bir 3D çip, 2D çipten daha pahalı olmasına rağmen, çift eksenli bir çıkış uygulamanın maliyeti, iki 2D çip kullanmaktan nispeten daha düşüktür.
Avantajlar:
1. Manyetik çelik, düşük mıknatıslanma zorluğuna sahiptir. Düşük montaj zorluğu;
2. Çift eksenli gerçekleştirme maliyeti düşüktür;
3. Sapın yatay alanı daha az işgal edilir;
Dezavantajları:
1. Hall yamasının ofset gereksinimi nispeten yüksektir ve SMT'nin ofset gereksinimi genellikle kaynak ayağının 1/2'sinden fazla değildir; Aksi takdirde, büyük bir çift eksenli girişim olacaktır (yani, bir eksene basıldığında diğer eksende çıkış dalgalanmaları olur, 3D Hall çift eksenli girişimi önleyemez, ancak genellikle çıkış sapma aralığı içinde nitelikli kabul edilir)
2. Tek eksenli çıkış elde etmenin maliyeti daha yüksek olacaktır;
3. Dönme Açısı, yer değiştirme türünden daha küçüktür (genellikle 30 dereceden fazla değildir);
Shanghai Chen Gong Electric Control'ün HJ8 kolu, MLX90333'ün 3D Salonunu kullanır.
ıı. Hall çıkış sapmasını etkileyen faktörler:
Genel olarak Hall çıkış gerilimini etkileyen faktörler başlıca aşağıdaki sebeplerdir. Genel olarak konuşursak, çip nadiren bozulduğu için, çıkış voltajı sapmasının nedenleri esas olarak manyetik akı değişikliklerinden analiz edilir:
1. Manyetik çeliğin neden olduğu manyetik akıdaki değişiklikler:
Manyetik çelik, aşağıdakiler gibi çeşitli nedenlerden dolayı manyetik akıyı ve dolayısıyla çıkış voltajını değiştirecektir:
A. Zayıf koruma, demir tozunun manyetik çelik üzerinde adsorpsiyonuna yol açarak manyetik akı değişikliğine neden olur.
B. Manyetik çeliğin yanlış sabitlenmesi, manyetik çeliğin gevşemesine yol açar;
C. Manyetik çelik perçinlendiğinde veya sabitlendiğinde, yüksek ve düşük sıcaklıktan sonra çatlaklara ve manyetik akı değişikliklerine neden olabilen gizli çatlaklar mevcuttur.
Kaçınmanın yolları:
Bu faktörlerin analiz edilmesi ve iyileştirme önlemlerinin tasarım ve sürecin FEMA'sında izlenmesi gerekir.
2. Dış sebeplerden kaynaklanan manyetik akı değişiklikleri:
Genel olarak, Hall çipinden geçen manyetik akı, harici manyetik alan veya voltaj etkisinin neden olduğu devre dalgalanmaları nedeniyle değişir ve böylece çıkışı etkiler.
Kaçınmanın yolları:
EMC testi yapılmış ve Hall çipinin ekranlanmasını arttırmak için shield shield kullanılmıştır.
3. Mekanik yapıdan kaynaklanan çıkış sapması:
Uzun süreli kullanımdan sonra, mekanik boşluğun artması çıkış sapmasının artmasına neden olur.
Kaçınmanın yolları:
Yapısal tasarımı optimize edin.
4. Harici giriş voltajı düzenlenmemiş güç kaynağı:
Genel olarak, Hall kolu üreticisinin nominal Hall giriş voltajı 5.0Vdc±0,5V'dir, ancak pratikte bu voltaj, Hall sensörünü çalıştıran voltajı ifade eder. Kalibrasyon çıkış voltajı değeri 0.5~2.5V~4.5V çıkış, giriş voltajı 5.5V ise, medyan çıkış voltajı 2.75V olur ve medyan gereksinimlerin aralığının ötesindedir. Bu nedenle, müşterilere genellikle düzenlenmiş bir güç kaynağı kullanmaları söylenir. Güç kaynağı sapması genellikle ±0.2V'dir ve koşullar en iyi ±0.1V aralığındadır.