Odatda joystikni ishlatish jarayonida analog chiqish signaliga erishishning ikki yo'li mavjud: Hall sensori shakli va potansiyometr turi.
1, Ushbu maqola Hall sensorini amalga oshirishning asosiy printsipini, 2D Hall va 3D Hall o'rtasidagi farqlar, afzalliklar va kamchiliklarni aniqlashga qaratilgan.
Hall effektining ta'rifi:
Xoll effekti fizik Xoll tomonidan 1879 yilda kashf etilgan. U magnit maydon va induksiyalangan kuchlanish o'rtasidagi munosabatni belgilaydi. Bu ta'sir an'anaviy elektromagnit induktsiyadan butunlay farq qiladi.
——Internetdan olingan surat
Yuqorida ko'rsatilgandek, elektr toki magnit maydonda (soyali sirt) joylashgan o'tkazgichdan o'tganda, magnit maydon elektronlar harakati yo'nalishiga perpendikulyar bo'lgan o'tkazgichdagi elektronlarga kuch ta'sir qiladi, natijada potentsial farq paydo bo'ladi. Supero'tkazuvchilar va magnit indüktans chizig'iga perpendikulyar har ikki yo'nalishda.
Yarimo'tkazgichga tok yo'nalishiga perpendikulyar magnit maydon qo'llanilganda, yarim o'tkazgichdagi elektronlar va teshiklar Lorents kuchi bilan turli yo'nalishlarda tortiladi va turli yo'nalishlarda to'planadi. Yig'ilgan elektronlar va teshiklar o'rtasida elektr maydon hosil bo'ladi. Elektr maydon kuchi va Lorentz kuchi muvozanatlashgandan so'ng, ular endi yig'ilmaydi. Bunday holda, elektr maydoni keyingi elektronlar va teshiklarni elektr maydon kuchiga bo'ysundiradi va magnit maydon tomonidan yaratilgan Lorentz kuchini muvozanatlashtiradi, shunda keyingi elektronlar va teshiklar og'ishsiz silliq o'tishi mumkin, bu Hall effektidir. . Ikki tomon orasidagi kuchlanish farqi Hall kuchlanishi deb ataladi.
Sxematik diagramma
Elektron magnit maydonda potentsial farqni hosil qiladi, natijada Lorentz kuchi paydo bo'ladi
Lorents kuchi F=qE plus qvB/c
Shunday qilib, Hall maydoni
UH=RH·I= -B·I /(q·n·c)
Hall effektini qo'llash:
Xoll effekti ilgari kashf etilgan bo'lsa-da, u doimiy magnitlar va elektron komponentlarning rivojlanishi bilan cheklangan. Hall sensorlari birinchi marta 1970-yillarda paydo bo'lgan.
Asosiy Hall sensori silikon monokristalli materialning elektron chipini havo o'tkazmaydigan qadoqlash tuzilishiga qadoqlash orqali juda ishonchli Hall chipli integral sxemasi sifatida yaratilgan.
Biroq, kontaktlarning zanglashiga olib keladigan muammolar tufayli, birinchi marta ishlatiladigan Hall chipi haqiqiy sanoat muhitida qo'llanilishi mumkin bo'lmagan harorat o'zgarishi tufayli katta kuchlanish o'zgarishlarini keltirib chiqaradi.
Keyinchalik, taxminan 1990-yillargacha, MLX kabi ba'zi kompaniyalar magnit maydonni hisoblash formulasida harorat bilan bog'liq parametrlarning ta'sirini bartaraf etish uchun haroratni qoplash davrlarini ishlatgan, shunda magnit maydon harorat bilan o'zgarmaydi. Bundan tashqari, Hall chipi dasturlashtiriladigan operatsiyani amalga oshirdi, bu Hall chipi tomonidan o'rnatilgan analog chiqishni foydalanish talablariga moslashtirishga hojat yo'q va Hall chipining foydalanish stsenariysi va ko'lamini sezilarli darajada kengaytiradi.
Hall chipi sanoat va avtomobil muhitida keng qo'llanila boshlandi, joy almashish va aylanish burchagi parametrlarini baholash va ularni analog chiqishga aylantirish uchun ishlatiladi.
MLX kompaniyasidan keyin uyda va chet elda ko'plab IC ishlab chiqaruvchilari Hall chipini ishlab chiqishda ishtirok etishdi. Hozirda ishlatiladigan an'anaviy Hall chipi odatda ortiqcha qaror qabul qilish uchun o'rnatilgan bir nechta Hall chiplaridan ishlab chiqariladi, bu analog chiqishning aniqligi va aniqligini sezilarli darajada yaxshilaydi.
Tutqichda Halldan foydalanish:
Dastlabki sanoat tutqichlari tutqichning aylanadigan tuzilishi orqali analog chiqishga erishdi, bu esa o'qni gidravlik valfni haydash uchun itarib yubordi. Aqlli boshqaruv va mantiqiy dizayndagi kamchiliklar bo'ladi va gidravlik qurilma muqarrar ravishda yog 'oqishi hodisasiga ega bo'ladi, bu esa yuqori ifloslanish darajasi talablari yoki toza muhitni talab qiladigan sahnada foydalanish mumkin emas.
O'q shaklidan gidravlik foydalanish
——Internetdan olingan surat
Xoll birinchi marta nemis ishlab chiqaruvchisi Danfoss tomonidan joystiklarda ishlatilgan. Uning asosiy mahsulotlari JS1, JS1000 va boshqalar.
Hall chip ishlab chiqaruvchilari odatda tutqichda ishlatiladi, jumladan MLX, TI, McGahn va boshqalar.
Turli xil foydalanish usullariga ko'ra 2D samolyot zali va 3D zali o'rtasida farqlar mavjud.
2D Hall va 3D Hall o'rtasidagi farq:
Odatda, tutqichda Halldan foydalanish aylanma va joy almashish va tebranishlarga bo'linadi. Aylanadigan tur 2D Hall, joy almashish va aylanish turi esa 3D Hall.
* Magnit po'latdan foydalanishga e'tibor bering:
Xoll shaklidan qat'i nazar, Zal ishining barqarorligiga erishish uchun ikkita muhim nazorat talablari mavjud.
Birinchisi, magnit po'lat va Hall markazi o'rtasidagi masofa bo'lib, u turli Hall chip modellariga ko'ra farq qiladi. Odatda taxminan 1 ~ 5 mm.
Ikkinchisi, magnit po'latning magnitlanish o'lchami, Hall chip modeliga ko'ra, odatda o'nlab mT dan yuzlab mT gacha.
Agar ikkala parametrdan biri diapazondan tashqarida bo'lsa yoki og'ish katta bo'lsa, bu Hall chipining beqarorligiga olib keladi, natijada chiqish mutatsiyasiga yoki chiqish og'ishiga olib keladi.
Bundan tashqari, umuman olganda, magnit po'latdan uzoq muddatli foydalanish paytida demagnetizatsiya tufayli chiqish og'ishiga olib kelmaydi va uning asosiy parametri magnit po'latning majburlash qobiliyatidir. Majburiylik magnit materiallarning to'yingan magnitlanishidan so'ng tashqi magnit maydon nolga qaytganda B magnit induksiya intensivligini bildiradi. Faqatgina dastlabki magnitlanish maydoniga teskari yo'nalishda ma'lum o'lchamdagi magnit maydonni qo'shish orqali magnit induksiya intensivligi nolga qaytishi mumkin, bu majburiy magnit maydon yoki majburlash kuchi deb ataladi.
Umuman olganda, magnit po'latning majburlashi uchun Hcb 850KA / m dan katta yoki teng; Ichki majburlash Hcj 955KA/m dan katta yoki unga teng. Asosiy ta'sir etuvchi omil magnit po'latdan yasalgan materialdir. Umuman olganda, ferrit materialining majburiyligi kichik, bu uzoq vaqt davomida magnit po'latning demagnetizatsiyasiga olib keladi. Va NdFeb materialining majburiyligi kattaroq, odatda uzoq muddatli bo'lmagan yuqori harorat (60 ~ 80 darajadan yuqori) foydalanish sharoitida, taxminan besh yildan o'n yilgacha foydalanish etarli.
Tutqich uchun ishlatiladigan magnit po'lat odatda N35 Ndfeb magnit po'latdir.
Magnit po'latning boshqa nazorat qilinadigan elementlari remanent Br va maksimal magnit energiya mahsuloti BH (maks).
1. Aylanadigan tur:
Rotary Hall odatda aylanish o'qining markaziga o'rnatiladi va magnitlanish yo'nalishi radialdir. Tutqich mili aylantirilganda, Hall sensori orqali magnit oqimning o'zgarishi tufayli Hall kuchlanishi hosil bo'ladi.
Ushbu foydalanish usulining afzalliklari quyidagilardan iborat:
1. Yaxshi kuchlanish simmetriyasi;
2. Amalga oshirish qiyinligi past;
3. Ikkita mil tutqichi bo'lsa, XY o'qi shovqini kichik;
4. Bir o'qli tutqich kamroq joy egallaydi.
5. Past magnitlanish qiyinligi.
6. Aylanish burchagi katta bo'lishi mumkin (360 darajadan kam)
Kamchiliklari quyidagilardir:
1. Ikki o'qli tutqich amalga oshirilganda, u nisbatan katta joyni egallashi kerak;
2. Aylanish markazida foydalanish kerak.
Aylanish turi
1. Siqilish formulasi:
Odatda, joy almashtirishdan foydalanish, shuningdek, birinchi bayroq MT1531 chipi kabi 3D Halldan foydalanish hisoblanadi. Odatda magnitlanish yo'nalishi radialdir. Shunday qilib, magnit maydon po'lati o'rta nuqtada 0mT magnit oqimiga ega bo'lishi kerak, bu har ikki tomonda ham maksimaldir. Magnit po'lat shu tarzda magnitlanganda, magnitlangan po'lat yoki kavisli magnit po'latning har ikki tomonida magnitlanish bir xilligi bo'yicha talablarga ega bo'lish kerak. Agar magnit o'lcham boshqacha bo'lsa, magnit oqim taqsimoti notekis bo'ladi, natijada tutqich chayqalganda har ikki tomondan chiqishning chiziqli og'ishiga olib keladi.
Afzalliklari:
1. Tuzilishi oddiy va joy almashtirish zali narxi past;
2. Aylanish markaziga joylashtirish qiyin bo'lgan magnit po'latning strukturaviy bosqichi yaxshiroq;
3. Moslashuvchan tuzilish, strukturaning ko'proq turlarini bajarishi mumkin.
Kamchiliklari:
1. Magnit po'lat magnitlangan simmetriyaga muhtoj;
2. Umuman olganda, siljish formulasining chiziqli simmetriyasini amalga oshirish juda qiyin;
3. Aylanish burchagi juda katta bo'lmasligi kerak; (odatda 40 darajadan oshmasligi kerak)
——MLX90333 spetsifikatsiyasidan olingan rasm
1. Belanchak turi:
Tebranish zali - bu biaksiyal zalning keng tarqalgan amalga oshirilishi. U Hall sensoriga bir nechta Hall chiplarini joylashtirish orqali bitta chipning ikki o'qli yoki hatto ko'p o'qli chiqishini amalga oshiradi.
Odatda, magnit po'lat magnitlanishning yo'nalishi eksenel magnitlanishdir va dumaloq magnit po'latning eksenel magnitlanishi magnitlanishning qiyinligini sezilarli darajada kamaytiradi.
——MLX90333 spetsifikatsiyasidan olingan rasm
Hall sensorlari uchun bitta 3D chip 2D chipdan qimmatroq bo'lsa-da, biaxial chiqishni amalga oshirish narxi ikkita 2D chiplardan foydalanishga qaraganda nisbatan past.
Afzalliklari:
1. Magnit po'latdan past magnitlanish qiyinligi bor. O'rnatishning past qiyinligi;
2. Biaxial realizatsiya narxi past;
3. Tutqichning gorizontal maydoni kamroq ishg'ol qilinadi;
Kamchiliklari:
1. Hall patchining ofset talabi nisbatan yuqori va SMT ning ofset talabi odatda payvandlash oyog'ining 1/2 qismidan ko'p emas; Aks holda, katta ikki o'qli shovqin bo'ladi (ya'ni, bir o'qni bosganda, boshqa o'qda chiqish tebranishlari mavjud, 3D Hall ikki o'qli shovqinlardan qocha olmaydi, lekin odatda chiqish og'ish diapazonida malakali hisoblanadi)
2. Bir o'qli ishlab chiqarishga erishish xarajatlari yuqori bo'ladi;
3. Aylanish burchagi joy almashish turidan kichikroq (odatda 30 darajadan oshmasligi kerak);
Shanxay Chen Gong elektr boshqaruvining HJ8 tutqichi MLX90333 ning 3D zalidan foydalanadi.
II. Hall chiqish og'ishiga ta'sir qiluvchi omillar:
Umuman olganda, Hall chiqish kuchlanishiga ta'sir qiluvchi omillar asosan quyidagi sabablardir. Umuman olganda, chip kamdan-kam hollarda buzilib ketganligi sababli, chiqish voltajining og'ish sabablari asosan magnit oqim o'zgarishidan tahlil qilinadi:
1. Magnit po‘latning magnit oqimining o‘zgarishi:
Magnit po'lat turli sabablarga ko'ra magnit oqimni va shuning uchun chiqish kuchlanishini o'zgartiradi, masalan:
A. Yomon himoya temir kukunining magnit po'latga adsorbsiyasiga olib keladi, natijada magnit oqim o'zgaradi.
B. Magnit po'latni noto'g'ri mahkamlash magnit po'latning bo'shashishiga olib keladi;
C. Magnit po'lat perchinlangan yoki mahkamlanganda yashirin yoriqlar mavjud bo'lib, bu yuqori va past haroratdan keyin yoriqlar va magnit oqim o'zgarishiga olib kelishi mumkin.
Qochish usullari:
Ushbu omillarni tahlil qilish va dizayn va jarayonning FEMAda takomillashtirish choralarini ko'rish kerak.
2. Magnit oqimining tashqi sabablarga ko'ra o'zgarishi:
Umuman olganda, Hall chipi orqali magnit oqim tashqi magnit maydon yoki kuchlanish ta'siridan kelib chiqadigan kontaktlarning zanglashiga olib keladi va natijada chiqishga ta'sir qiladi.
Qochish usullari:
EMC testi o'tkazildi va Hall chipining ekranlanishini oshirish uchun qalqon qalqoni ishlatilgan.
3. Mexanik tuzilishdan kelib chiqadigan chiqish og'ishi:
Uzoq muddatli foydalanishdan keyin mexanik tozalashning oshishi chiqish og'ishining oshishiga olib keladi.
Qochish usullari:
Strukturaviy dizaynni optimallashtirish.
4. Tashqi kirish kuchlanishi tartibga solinmagan quvvat manbai:
Umuman olganda, Hall tutqichi ishlab chiqaruvchisining nominal Hall kirish kuchlanishi 5.0Vdc±0.5V, lekin amalda bu kuchlanish Hall sensorini harakatga keltiradigan kuchlanishni bildiradi. Agar kalibrlash chiqish voltajining qiymati 0.5~2,5V~4,5V chiqish, kirish 5,5V kuchlanish bo'lsa, o'rtacha chiqish kuchlanishi o'rtacha talablar doirasidan tashqarida 2,75V bo'ladi. Shuning uchun mijozlarga odatda tartibga solinadigan quvvat manbaidan foydalanish tavsiya etiladi. Quvvat manbai og'ishi odatda ±0.2V, eng yaxshi ±0.1V diapazonidagi sharoitlarda.