Vanligvis i prosessen med joystick-bruk, er det to måter å oppnå analogt utgangssignal på: Hallsensorform og potensiometertype.
1, Denne artikkelen tar sikte på å klargjøre det grunnleggende implementeringsprinsippet for Hall-sensor, forskjellene, fordelene og ulempene mellom 2D Hall og 3D Hall.
Definisjon av Hall Effect:
Hall-effekten ble oppdaget av fysikeren Hall i 1879. Den definerer forholdet mellom magnetfelt og indusert spenning. Denne effekten er helt forskjellig fra tradisjonell elektromagnetisk induksjon.
——Bilde fra Internett
Som vist ovenfor, når en elektrisk strøm passerer gjennom en leder plassert i et magnetfelt (den skraverte overflaten), utøver magnetfeltet en kraft på elektronene i lederen vinkelrett på elektronenes bevegelsesretning, noe som resulterer i en potensialforskjell i begge retninger vinkelrett på lederen og den magnetiske induktanslinjen.
Når et magnetfelt vinkelrett på strømretningen påføres halvlederen, vil elektroner og hull i halvlederen bli tiltrukket av Lorentz-kraft i forskjellige retninger og aggregeres i forskjellige retninger. Elektrisk felt vil bli generert mellom de innsamlede elektronene og hullene. Etter at den elektriske feltkraften og Lorentz-kraften er balansert, vil de ikke lenger aggregere. I dette tilfellet vil det elektriske feltet gjøre de påfølgende elektronene og hullene utsatt for den elektriske feltkraften og balansere Lorentz-kraften generert av magnetfeltet, slik at de påfølgende elektronene og hullene kan passere jevnt uten avvik, som er Hall-effekten . Spenningsforskjellen mellom de to sidene kalles Hall-spenning.
Skjematisk diagram
Elektronet skaper en potensiell forskjell i magnetfeltet som resulterer i en Lorentz-kraft
Lorentz kraft F=qE pluss qvB/c
Altså Hall-feltet
UH=RH·I= -B·I /(q·n·c)
Anvendelse av Hall Effect:
Selv om Hall-effekten ble oppdaget tidligere, var den begrenset av utviklingen av konstante magneter og elektroniske komponenter. Hallsensorer dukket først opp rundt 1970-tallet.
Den grunnleggende Hall-sensoren er utformet som en svært pålitelig Hall-chip integrert krets ved å pakke kretsbrikken av silisium enkrystallmateriale inn i en lufttett emballasjestruktur.
På grunn av kretsdesignproblemer vil imidlertid Hall-brikken som brukes for første gang produsere store spenningsendringer på grunn av temperaturdrift, som ikke kan brukes i det faktiske industrielle miljøet.
Senere, frem til rundt 1990-tallet, brukte noen selskaper, for eksempel MLX, temperaturkompensasjonskretser for å oppveie påvirkningen av temperaturrelaterte parametere i magnetfeltberegningsformelen, slik at magnetfeltet ikke endres med temperaturen. Dessuten har Hall-brikken realisert programmerbar drift, som ikke trenger å tilpasse den analoge utgangen satt av Hall-brikken til brukskravene, og utvider bruksscenarioet og omfanget til Hall-brikken.
Hall-brikken begynte å bli mye brukt i industri- og kjøretøymiljø, brukt til å bedømme parametrene for forskyvning og rotasjonsvinkel, og konvertere dem til analog utgang.
Etter MLX Company ble mange IC-produsenter i inn- og utland med i utviklingen av Hall-brikken. Den konvensjonelle Hall-brikken som brukes nå, er vanligvis laget av flere Hall-brikker overlagret for redundansvurdering, noe som i stor grad forbedrer oppløsningen og nøyaktigheten til analog utgang.
Bruk av Hall i håndtaket:
Tidlige industrielle håndtak oppnådde analog utgang gjennom den roterende strukturen til håndtaket, som presset kulen for å drive den hydrauliske ventilen. Det vil være mangler i intelligent kontroll og logikkdesign, og den hydrauliske enheten vil uunngåelig ha oljelekkasjefenomen, som ikke kan brukes på scenen med høye forurensningskrav eller på scenen som krever et rent miljø.
Hydraulisk bruk av kuleformen
——Bilde fra Internett
Hall ble først brukt i joysticks av Danfoss, en tysk produsent. Hovedproduktene er JS1, JS1000 og så videre.
Hall-brikkeprodusenter brukes ofte i håndtaket, inkludert MLX, TI, McGahn og så videre.
Det er forskjeller mellom 2D-planhall og 3D-hall i henhold til ulike bruksmetoder.
Forskjellen mellom 2D Hall og 3D Hall:
Normalt er bruken av Hall i håndtaket delt inn i roterende og forskyvning og sving. Rotasjonstypen er 2D Hall, og forskyvnings- og svingtypen er 3D Hall.
* Merk bruken av magnetisk stål:
Uavhengig av Hall-form er det to kritiske kontrollkrav for å oppnå stabilitet i Hallens arbeid.
Den første er avstanden mellom det magnetiske stålet og Hall-senteret, som varierer i henhold til forskjellige Hall-brikkemodeller. Det er vanligvis omtrent 1 ~ 5 mm.
Den andre er magnetiseringsstørrelsen til magnetisk stål, i henhold til Hall-chipmodellen er forskjellig, vanligvis i dusinvis av mT til hundrevis av mT.
Hvis en av de to parameterne er utenfor rekkevidde eller avviket er stort, vil det forårsake ustabilitet til Hall-brikken, noe som resulterer i utgangsmutasjon eller utgangsavvik.
I tillegg vil magnetisk stål generelt ikke forårsake utgangsavvik på grunn av demagnetisering under langvarig bruk, og nøkkelparameteren er koercitiviteten til magnetisk stål. Koercivitet refererer til den magnetiske induksjonsintensiteten B går ikke tilbake til null når det eksterne magnetfeltet går tilbake til null etter metningsmagnetisering av magnetiske materialer. Bare ved å legge til et magnetfelt av en viss størrelse i motsatt retning av det opprinnelige magnetiseringsfeltet kan den magnetiske induksjonsintensiteten gå tilbake til null, som kalles tvangsmagnetisk felt eller tvangskraft.
Generelt krever koercitiviteten til magnetisk stål Hcb Større enn eller lik 850KA/m; Intrinsic coercivity Hcj Større enn eller lik 955KA/m. Den viktigste påvirkningsfaktoren er materialet av magnetisk stål. Generelt er tvangsevnen til ferrittmateriale liten, noe som vil føre til avmagnetisering av magnetisk stål i lang tid. Og tvangsevnen til NdFeb-materiale er større, vanligvis ikke-langsiktig høy temperatur (over 60~80 grader) under bruksforholdene, bruken av omtrent fem til ti år er mer enn nok.
Det magnetiske stålet som brukes til håndtaket er vanligvis N35 Ndfeb magnetisk stål.
Andre kontrollerte elementer av magnetisk stål er remanens Br og maksimalt magnetisk energiprodukt BH(max).
1. Roterende type:
Rotary Hall er vanligvis satt i sentrum av rotasjonsaksen, og magnetiseringsretningen er radiell. Når håndtaksakselen dreies, genereres Hall-spenningen på grunn av endringen i magnetisk fluks gjennom Hall-sensoren.
Fordelene med denne bruksmetoden er:
1. God spenningssymmetri;
2. Lav realiseringsvanskelighet;
3. Når det gjelder håndtak med to aksel, er XY-akseinterferensen liten;
4. Enakset håndtak tar mindre plass.
5. Lav magnetiseringsvanskelighet.
6. Rotasjonsvinkelen kan være stor (mindre enn 360 grader)
Ulempene er:
1. Når håndtaket med to akser er realisert, må det oppta relativt stor plass;
2. Må brukes i midten av rotasjonen.
Type rotasjon
1. Formel for forskyvning:
Vanligvis er bruken av forskyvning også bruken av 3D Hall, for eksempel den første flagget MT1531-brikken. Vanligvis er magnetiseringsretningen radiell. På denne måten skal magnetfeltstålet ha en magnetisk fluks på 0mT ved midtpunktet, som er maksimalt på begge sider. Når magnetisk stål magnetiseres på denne måten, er det nødvendig å ha krav til magnetiseringsuniformiteten på begge sider av stripemagnetisk stål eller buet magnetisk stål. Hvis den magnetiske størrelsen er forskjellig, vil den magnetiske fluksfordelingen være ujevn, noe som resulterer i det lineære utgangsavviket på begge sider når håndtaket ristes.
Fordeler:
1. Strukturen er enkel og forskyvningshallprisen er lav;
2. Strukturfasen til det magnetiske stålet som er vanskelig å plassere i rotasjonssenteret er bedre;
3. Fleksibel struktur, kan gjøre flere varianter av struktur.
Ulemper:
1. Magnetisk stål trenger magnetiserende symmetri;
2. Generelt er det svært vanskelig å realisere lineær symmetri av forskyvningsformelen;
3. Rotasjonsvinkelen bør ikke være for stor; (vanligvis ikke over 40 grader)
——Bilde fra MLX90333-spesifikasjonen
1. Husketype:
Oscillerende hall er en vanlig realisering av biaksial hall. Den realiserer to-akse eller til og med multi-akse utgang av én brikke ved å legge flere Hall-brikker på en Hall-sensor.
Vanligvis er retningen for magnetisk stålmagnetisering aksial magnetisering, og den aksiale magnetiseringen av sirkulært magnetisk stål vil i stor grad redusere vanskeligheten med magnetisering.
——Bilde fra MLX90333-spesifikasjonen
For Hall-sensorer, selv om en enkelt 3D-brikke er dyrere enn en 2D-brikke, er kostnadene ved å implementere en biaksial utgang relativt lavere enn å bruke to 2D-brikker.
Fordeler:
1. Magnetisk stål har lav magnetiseringsvanskelighet. Lav monteringsvanskelighet;
2. Biaksial realiseringskostnad er lav;
3. Håndtakets horisontale plass er mindre opptatt;
Ulemper:
1. Offsetkravet til Hall patch er relativt høyt, og offsetkravet til SMT er vanligvis ikke mer enn 1/2 av sveisefoten; Ellers vil det være en stor biaksial interferens (det vil si at når du skyver en akse, har den andre aksen utgangsfluktuasjoner, 3D Hall kan ikke unngå biaksial interferens, men generelt anses det som kvalifisert innenfor utgangsavviksområdet)
2. Kostnaden for å oppnå enakset utgang vil være høyere;
3. Rotasjonsvinkelen er mindre enn forskyvningstypen (vanligvis ikke mer enn 30 grader);
HJ8-håndtaket til Shanghai Chen Gong Electric Control bruker 3D-hallen til MLX90333.
Ii. Faktorer som påvirker Hall-utgangsavvik:
Generelt sett er faktorene som påvirker Hall-utgangsspenningen hovedsakelig følgende årsaker. Generelt sett, siden brikken sjelden blir dårlig, blir årsakene til utgangsspenningsavvik hovedsakelig analysert fra de magnetiske fluksendringene:
1. Endringer i magnetisk fluks forårsaket av magnetisk stål:
Magnetisk stål vil endre den magnetiske fluksen og dermed utgangsspenningen på grunn av ulike årsaker, for eksempel:
A. Dårlig beskyttelse fører til adsorpsjon av jernpulver på det magnetiske stålet, noe som resulterer i endring av magnetisk fluks.
B. Feil festing av magnetisk stål fører til at magnetisk stål løsner;
C. Skjulte sprekker eksisterer når magnetisk stål nagles eller fikses, noe som kan føre til sprekker og magnetiske fluksendringer etter høy og lav temperatur.
Måter å unngå:
Disse faktorene må analyseres og forbedringstiltak følges opp i FEMA av design og prosess.
2. Magnetiske fluksendringer forårsaket av ytre årsaker:
Generelt endres den magnetiske fluksen gjennom Hall-brikken på grunn av kretsfluktuasjoner forårsaket av eksternt magnetfelt eller spenningspåvirkning, og påvirker dermed utgangen.
Måter å unngå:
Det ble utført EMC-test, og skjoldskjold ble brukt for å øke skjermingen av Hall-brikken.
3. Utgangsavvik forårsaket av mekanisk struktur:
Etter langvarig bruk fører økningen av mekanisk klaring til økningen av utgangsavvik.
Måter å unngå:
Optimaliser den strukturelle utformingen.
4. Ekstern inngangsspenning ikke-regulert strømforsyning:
Generelt sett er den nominelle Hall-inngangsspenningen til Hall-håndtaksprodusenten 5.0Vdc±0.5V, men i praksis refererer denne spenningen til spenningen som driver Hall-sensoren. Hvis kalibreringsutgangsspenningsverdien er 0.5~2.5V~4.5V utgang, inngangsspenning på 5.5V, vil medianutgangsspenningen være 2.75V, utenfor området til mediankravene. Derfor får kunder generelt beskjed om å bruke regulert strømforsyning. Strømforsyningsavviket er generelt ±0.2V med forhold i det beste området på ±0.1V.