【導(dǎo)讀】霍爾效應(yīng)傳感器為位置感測(cè)提供了高效的解決方案。使用霍爾傳感器，傳感器和運(yùn)動(dòng)部件之間沒(méi)有機(jī)械連接，因此可以獲得更高的可靠性和耐用性。
霍爾效應(yīng)傳感器為位置感測(cè)提供了高效的解決方案。使用霍爾傳感器，傳感器和運(yùn)動(dòng)部件之間沒(méi)有機(jī)械連接，因此可以獲得更高的可靠性和耐用性。
有幾種不同的磁傳感器配置可用于基于霍爾效應(yīng)的位置感測(cè)應(yīng)用。在本文中，我們將研究一種可以產(chǎn)生線(xiàn)性高斯與距離曲線(xiàn)的滑動(dòng)磁配置。我們還將看到可以使用磁鐵組合來(lái)調(diào)整高斯與距離曲線(xiàn)的斜率。
線(xiàn)性度可能是一個(gè)決定因素
在上一篇文章中，我們研究了簡(jiǎn)單的正面和側(cè)滑配置。這兩種布置如圖 1 所示。
圖1(a)。正面和(b)滑動(dòng)感應(yīng)。
我們看到感測(cè)場(chǎng)和距離之間的關(guān)系在上述安排下是非線(xiàn)性的。這些磁傳感器配置通常用作精度要求不是非?？量痰膽?yīng)用中的接近檢測(cè)器。
然而，當(dāng)需要沿傳感行程對(duì)位置進(jìn)行精細(xì)控制時(shí)，我們更愿意在傳感器輸出和位移之間建立線(xiàn)性關(guān)系。事實(shí)上，雖然我們可以使用軟件來(lái)消除傳感器線(xiàn)性誤差，但線(xiàn)性響應(yīng)是可取的，因?yàn)樗梢蕴岣邷y(cè)量精度并便于系統(tǒng)校準(zhǔn)。
線(xiàn)性滑動(dòng)感應(yīng)
圖 2(a) 顯示了一種滑動(dòng)排列，它在感測(cè)磁場(chǎng)的 z 分量與磁體位移之間呈現(xiàn)線(xiàn)性關(guān)系。圖 2(b) 顯示了磁通密度（在 z 軸方向）與磁體行程的關(guān)系。
圖2(a)。具有線(xiàn)性響應(yīng)的滑動(dòng)配置(b)磁通密度與磁鐵位置
當(dāng)磁鐵位于傳感器的左側(cè)（x<0）時(shí)，磁鐵的磁場(chǎng)線(xiàn)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與 z 軸方向相反的分量。請(qǐng)注意，磁力線(xiàn)從磁鐵的北極到南極。
圖 3 顯示了穿過(guò)傳感器的磁力線(xiàn)之一。
圖 3.通過(guò)霍爾效應(yīng)傳感器的磁力線(xiàn)方向
因此，對(duì)于 x<0，感測(cè)磁場(chǎng)的 z 分量為負(fù)。當(dāng)磁鐵到達(dá)中心位置時(shí)，z 方向的磁場(chǎng)將為零。對(duì)于正位移（x>0），磁場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生z軸方向的分量（正磁場(chǎng)）。對(duì)于任一方向的大位移，較少數(shù)量的場(chǎng)線(xiàn)可以通過(guò)傳感器。因此，傳感器感測(cè)到的磁場(chǎng)減小。
這種布置的關(guān)鍵特征之一是磁場(chǎng)的 z 分量與原點(diǎn)周?chē)奈灰瞥示€(xiàn)性關(guān)系。該線(xiàn)性范圍如圖 2(b) 所示。線(xiàn)性區(qū)域的長(zhǎng)度略小于磁體的長(zhǎng)度。例如，對(duì)于 22 毫米的磁體，線(xiàn)性區(qū)域可以從大約 -10 毫米擴(kuò)展到 +10 毫米。這種線(xiàn)性行為使我們能夠更輕松、更準(zhǔn)確地檢測(cè)移動(dòng)物體的位置。
如果我們需要更大的線(xiàn)性范圍怎么辦？
我們可以使用更長(zhǎng)的磁鐵來(lái)增加上述配置的線(xiàn)性范圍；但是，某些應(yīng)用無(wú)法在系統(tǒng)中容納大磁鐵。此外，對(duì)于長(zhǎng)磁鐵，成本可能是一個(gè)限制因素。如果需要檢測(cè)比磁鐵長(zhǎng)度更長(zhǎng)的行程，我們可以使用傳感器陣列來(lái)擴(kuò)展測(cè)量范圍。如圖 4 所示。
圖 4.使用多個(gè)霍爾效應(yīng)傳感器來(lái)增加線(xiàn)性范圍
在這種情況下，我們需要處理來(lái)自多個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)以找到物體位置。有關(guān)詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱此TI 應(yīng)用說(shuō)明。
檢測(cè)物體的存在
圖 2 中的滑行配置也可用于檢測(cè)對(duì)象的存在（而不是確定對(duì)象在其行程中的位置）。假設(shè)在圖 2(a) 所示的示例中，磁鐵從左到右平行于 x 軸移動(dòng)。假設(shè)我們的數(shù)字（開(kāi)/關(guān)）霍爾效應(yīng)傳感器的磁性操作點(diǎn)和釋放點(diǎn)如圖 5 所示。
圖 5.使用滑行配置進(jìn)行開(kāi)/關(guān)檢測(cè)
隨著磁鐵從左到右接近傳感器，磁場(chǎng)強(qiáng)度變得越來(lái)越大。在 D2 處，感測(cè)到的磁場(chǎng)等于開(kāi)啟傳感器的磁工作點(diǎn)。將磁鐵靠近傳感器會(huì)產(chǎn)生更大的磁場(chǎng)并使傳感器保持開(kāi)啟狀態(tài)。
現(xiàn)在，如果我們朝相反的方向（從右到左）移動(dòng)傳感器，磁場(chǎng)就會(huì)減弱。在 D1 處，磁場(chǎng)變得小于關(guān)閉傳感器的釋放點(diǎn)。這使我們能夠檢測(cè)到對(duì)象的存在。我們還可以使用此結(jié)構(gòu)在對(duì)象筆劃中定義一個(gè)參考點(diǎn)（傳感器的切換點(diǎn)）。
根據(jù)圖5中的磁通密度與距離曲線(xiàn)，給定的磁通密度可以由兩種不同的位移產(chǎn)生。這就是為什么上述布置通常用于機(jī)械結(jié)構(gòu)以傳感器切換只能在一個(gè)特定位移處發(fā)生的方式限制物體行程末端的應(yīng)用。這可以防止在解釋結(jié)果時(shí)出現(xiàn)任何歧義。
增加高斯與距離曲線(xiàn)的梯度
我們?cè)谏厦嬗懻撨^(guò)，數(shù)字（開(kāi)/關(guān)）霍爾效應(yīng)傳感器可以與滑動(dòng)配置一起使用，以定義物體行程中的參考點(diǎn)。如果我們可以增加高斯與距離曲線(xiàn)的斜率，我們可以更地檢測(cè)參考點(diǎn)。
斜率越大，給定位移導(dǎo)致磁場(chǎng)強(qiáng)度變化越大，傳感器更容易檢測(cè)到。圖 6(a) 顯示了一個(gè)磁系統(tǒng)，其斜率大于圖 2(a) 中配置的斜率。
圖 6.使用多個(gè)磁鐵提高場(chǎng)強(qiáng)分辨率
在這種情況下，一對(duì)磁鐵的北極和南極相對(duì)于傳感器移動(dòng)?？偞艌?chǎng)由兩個(gè)磁鐵的磁力線(xiàn)決定。在這種布置中，距離是相對(duì)于磁體對(duì)的中心測(cè)量的。圖 6(b) 顯示了感應(yīng)磁場(chǎng)的 z 分量與距離的關(guān)系。在中心位置 (x=0)，穿過(guò)傳感器的一個(gè)磁體北極的磁力線(xiàn)數(shù)等于另一個(gè)磁體南極的磁力線(xiàn)數(shù)。因此，凈磁通密度為零。
假設(shè)我們將磁鐵從中心位置向右移動(dòng) (x>0)。這突然增加了來(lái)自南極的磁力線(xiàn)的數(shù)量，并產(chǎn)生了具有正 z 分量的磁場(chǎng)。類(lèi)似地，當(dāng)我們將磁鐵從中心位置 (x<0) 向左移動(dòng)時(shí)，我們會(huì)獲得一個(gè)具有負(fù) z 分量的相對(duì)較強(qiáng)的磁場(chǎng)。在原點(diǎn)附近，曲線(xiàn)的梯度高于圖 2(a) 中的滑行配置，因?yàn)閺谋睒O到南極的過(guò)渡是突然發(fā)生的。高斯與距離曲線(xiàn)的這種相對(duì)較大的斜率可以幫助我們更準(zhǔn)確地定義移動(dòng)物體的參考位置。
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