Obično u procesu korištenja joysticka postoje dva načina za postizanje analognog izlaznog signala: oblik Hallovog senzora i tip potenciometra.
1, Cilj ovog članka je razjasniti osnovno načelo implementacije Hallovog senzora, razlike, prednosti i nedostatke između 2D Hallovog i 3D Hallovog senzora.
Definicija Hallovog efekta:
Hallov efekt otkrio je fizičar Hall 1879. On definira odnos između magnetskog polja i induciranog napona. Taj se učinak potpuno razlikuje od tradicionalne elektromagnetske indukcije.
——Slika s interneta
Kao što je gore prikazano, kada električna struja prolazi kroz vodič koji se nalazi u magnetskom polju (osjenčana površina), magnetsko polje djeluje silom na elektrone u vodiču okomito na smjer gibanja elektrona, što rezultira razlikom potencijala u oba smjera okomito na vodič i liniju magnetskog induktiviteta.
Kada se na poluvodič primijeni magnetsko polje okomito na smjer struje, elektroni i rupe u poluvodiču će biti privučeni Lorentzovom silom u različitim smjerovima i agregirati u različitim smjerovima. Električno polje će se generirati između skupljenih elektrona i rupa. Nakon što se sila električnog polja i Lorentzova sila uravnoteže, više se neće agregirati. U ovom slučaju, električno polje učinit će sljedeće elektrone i šupljine podložnima sili električnog polja i uravnotežiti Lorentzovu silu koju stvara magnetsko polje, tako da sljedeći elektroni i šupljine mogu glatko proći kroz njih bez odstupanja, što je Hallov efekt . Razlika napona između dvije strane naziva se Hallov napon.
Shematski dijagram
Elektron stvara razliku potencijala u magnetskom polju što rezultira Lorentzovom silom
Lorentzova sila F=qE plus qvB/c
Dakle polje Hall
UH=RH·I= -B·I /(q·n·c)
Primjena Hallovog efekta:
Iako je Hallov efekt otkriven ranije, bio je ograničen razvojem konstantnih magneta i elektroničkih komponenti. Hallovi senzori su se prvi put pojavili oko 1970-ih.
Osnovni Hallov senzor dizajniran je kao vrlo pouzdani integrirani krug s Hallovim čipom pakiranjem čipa sklopa od monokristalnog materijala silicija u strukturu pakiranja koja ne propušta zrak.
Međutim, zbog problema s dizajnom strujnog kruga, Hallov čip koji se prvi put koristi će proizvesti velike promjene napona zbog temperaturnog pomaka, što se ne može primijeniti u stvarnom industrijskom okruženju.
Kasnije, sve do otprilike 1990-ih, neke tvrtke, kao što je MLX, koristile su sklopove temperaturne kompenzacije za neutraliziranje utjecaja parametara povezanih s temperaturom u formuli za izračun magnetskog polja, tako da se magnetsko polje ne mijenja s temperaturom. Štoviše, Hallov čip je realizirao programabilni rad, koji ne treba prilagoditi analogni izlaz postavljen od strane Hallovog čipa zahtjevima upotrebe, i uvelike proširuje scenarij upotrebe i opseg Hallovog čipa.
Hallov čip se počeo naširoko koristiti u industrijskom okruženju i okruženju vozila, koristio se za procjenu parametara pomaka i kuta rotacije i njihovo pretvaranje u analogni izlaz.
Nakon tvrtke MLX, mnogi proizvođači IC-a u zemlji i inozemstvu pridružili su se razvoju Hallovog čipa. Konvencionalni Hallov čip koji se sada koristi obično je napravljen od višestrukih Hallovih čipova koji su postavljeni jedan na drugi radi procjene redundantnosti, što uvelike poboljšava rezoluciju i točnost analognog izlaza.
Upotreba Halla u dršci:
Rane industrijske ručke postigle su analogni izlaz kroz rotirajuću strukturu ručke, koja je gurala metak da pokreće hidraulički ventil. Postojat će nedostaci u inteligentnoj kontroli i logičkom dizajnu, a hidraulički uređaj će neizbježno imati fenomen istjecanja ulja, koji se ne može koristiti u sceni s visokim zahtjevima za razinom zagađenja ili u sceni koja zahtijeva čisti okoliš.
Hidrauličko korištenje oblika metka
——Slika s interneta
Hall je prvi put korišten u joysticcima njemačkog proizvođača Danfossa. Njegovi glavni proizvodi su JS1, JS1000 i tako dalje.
Hall proizvođači čipova obično se koriste u ručki, uključujući MLX, TI, McGahn i tako dalje.
Postoje razlike između 2D ravninske dvorane i 3D dvorane prema različitim načinima korištenja.
Razlika između 2D dvorane i 3D dvorane:
Obično se upotreba Halla u ručki dijeli na rotacijsku i pomačnu i ljuljačku. Rotacijski tip je 2D Hall, a tip pomaka i ljuljanja je 3D Hall.
* Imajte na umu korištenje magnetskog čelika:
Bez obzira na formu Halla, postoje dva kritična zahtjeva za upravljanje kako bi se postigla stabilnost rada Halla.
Prvi je udaljenost između magnetskog čelika i Hallovog središta, koja varira ovisno o različitim modelima Hallovih čipova. Obično je oko 1~5 mm.
Druga je veličina magnetizacije magnetskog čelika, prema modelu Hallovog čipa je različita, općenito u desecima mT do stotina mT.
Ako je bilo koji od dva parametra izvan raspona ili je odstupanje veliko, to će uzrokovati nestabilnost Hallovog čipa, što će rezultirati izlaznom mutacijom ili izlaznim odstupanjem.
Osim toga, općenito, magnetski čelik neće uzrokovati izlazno odstupanje zbog demagnetizacije tijekom dugotrajne uporabe, a njegov ključni parametar je koercitivnost magnetskog čelika. Koercitivnost se odnosi na intenzitet magnetske indukcije B koji se ne vraća na nulu kada se vanjsko magnetsko polje vrati na nulu nakon magnetizacije zasićenja magnetskih materijala. Samo dodavanjem magnetskog polja određene veličine u smjeru suprotnom od izvornog polja magnetizacije, intenzitet magnetske indukcije može se vratiti na nulu, što se naziva koercitivno magnetsko polje ili koercitivna sila.
Općenito, koercitivnost magnetskog čelika zahtijeva Hcb Veći ili jednak 850KA/m; Intrinzična koercitivnost Hcj Veća ili jednaka 955KA/m. Glavni utjecajni faktor je materijal magnetskog čelika. Općenito, koercitivnost feritnog materijala je mala, što će dovesti do demagnetizacije magnetskog čelika dugo vremena. A koercitivnost NdFeb materijala je veća, obično ne dugotrajna visoka temperatura (iznad 60 ~ 80 stupnjeva) pod uvjetima uporabe, korištenje od oko pet do deset godina više je nego dovoljno.
Magnetski čelik koji se koristi za ručku je obično N35 Ndfeb magnetski čelik.
Ostali kontrolirani elementi magnetskog čelika su remanencija Br i produkt maksimalne magnetske energije BH(max).
1. Rotacijski tip:
Rotary Hall se obično postavlja u središte osi rotacije, a smjer magnetiziranja je radijalan. Kada se osovina ručke okrene, Hallov napon se stvara zbog promjene magnetskog toka kroz Hallov senzor.
Prednosti ovog načina korištenja su:
1. Dobra simetrija napona;
2. Mala poteškoća u realizaciji;
3. U slučaju ručke s dvostrukom osovinom, interferencija XY osi je mala;
4. Jednoosna ručka zauzima manje prostora.
5. Niska magnetizacija poteškoća.
6. Kut rotacije može biti velik (manji od 360 stupnjeva)
Nedostaci su:
1. Kada se realizira ručka s dvije osi, ona treba zauzimati relativno velik prostor;
2. Mora se koristiti u središtu rotacije.
Vrsta rotacije
1. Formula pomaka:
Obično je korištenje pomaka također korištenje 3D Halla, kao što je prva zastavica MT1531 čipa. Obično je smjer magnetiziranja radijalan. Na taj bi način čelik s magnetskim poljem trebao imati magnetski tok od 0mT u središnjoj točki, što je maksimalno s obje strane. Kada se magnetski čelik magnetizira na ovaj način, potrebno je imati zahtjeve o jednolikosti magnetizacije s obje strane trakastog magnetskog čelika ili zakrivljenog magnetskog čelika. Ako je veličina magneta drugačija, distribucija magnetskog toka bit će neravnomjerna, što će rezultirati linearnim odstupanjem izlaza na obje strane kada se drška trese.
Prednosti:
1. Struktura je jednostavna, a cijena deplasmanske dvorane niska;
2. Strukturna faza magnetskog čelika koju je teško smjestiti u središte rotacije je bolja;
3. Fleksibilna struktura, može napraviti više različitih struktura.
Nedostaci:
1. Magnetski čelik treba magnetizirajuću simetriju;
2. Općenito, vrlo je teško ostvariti linearnu simetriju formule pomaka;
3. Kut rotacije ne smije biti prevelik; (obično ne prelazi 40 stupnjeva)
——Slika iz specifikacije MLX90333
1. Vrsta ljuljačke:
Oscilirajuća dvorana je uobičajena izvedba dvoosne dvorane. Realizira dvoosni ili čak višeosni izlaz jednog čipa superponiranjem više Hallovih čipova na Hallov senzor.
Obično je smjer magnetizacije magnetskog čelika aksijalna magnetizacija, a aksijalna magnetizacija kružnog magnetskog čelika uvelike će smanjiti poteškoće magnetizacije.
——Slika iz specifikacije MLX90333
Za Hallove senzore, iako je jedan 3D čip skuplji od 2D čipa, trošak implementacije biaksijalnog izlaza je relativno niži od korištenja dva 2D čipa.
Prednosti:
1. Magnetski čelik ima niske poteškoće s magnetizacijom. Niska poteškoća sa montažom;
2. Cijena dvoosne realizacije je niska;
3. Vodoravni prostor ručke je manje zauzet;
Nedostaci:
1. Zahtjev za pomak za Hall patch je relativno visok, a zahtjev za pomak za SMT općenito nije veći od 1/2 stope za zavarivanje; Inače će doći do velike dvoosne smetnje (to jest, kada se gura jedna os, druga os ima izlazne fluktuacije, 3D Hall ne može izbjeći biaksijalne smetnje, ali općenito se unutar raspona izlaznog odstupanja smatra kvalificiranim)
2. Trošak postizanja jednoosnog izlaza bit će veći;
3. Kut rotacije je manji od tipa pomaka (općenito ne veći od 30 stupnjeva);
HJ8 ručka Shanghai Chen Gong Electric Control koristi 3D Hall MLX90333.
II. Čimbenici koji utječu na Hallovo odstupanje izlaza:
Općenito govoreći, faktori koji utječu na Hallov izlazni napon su uglavnom sljedeći razlozi. Općenito govoreći, budući da se čip rijetko kvari, uzroci odstupanja izlaznog napona uglavnom se analiziraju iz promjena magnetskog toka:
1. Promjene magnetskog toka uzrokovane magnetskim čelikom:
Magnetski čelik će promijeniti magnetski tok, a time i izlazni napon zbog različitih razloga, kao što su:
A. Loša zaštita dovodi do adsorpcije željeznog praha na magnetski čelik, što dovodi do promjene magnetskog toka.
B. Nepravilno pričvršćivanje magnetskog čelika dovodi do labavljenja magnetskog čelika;
C. Skrivene pukotine postoje kada je magnetski čelik zakivan ili fiksiran, što može dovesti do pukotina i promjena magnetskog toka nakon visoke i niske temperature.
Načini izbjegavanja:
Ove čimbenike treba analizirati i pratiti mjere poboljšanja u FEMA-i dizajna i procesa.
2. Promjene magnetskog toka uzrokovane vanjskim uzrocima:
Općenito, magnetski tok kroz Hallov čip mijenja se zbog fluktuacija kruga uzrokovanih vanjskim magnetskim poljem ili udarom napona, što utječe na izlaz.
Načini izbjegavanja:
Proveden je EMC test, a shield shield je korišten za povećanje zaštite Hallovog čipa.
3. Izlazno odstupanje uzrokovano mehaničkom strukturom:
Nakon dugotrajne uporabe, povećanje mehaničkog zazora dovodi do povećanja izlaznog odstupanja.
Načini izbjegavanja:
Optimizirajte konstrukcijski dizajn.
4. Vanjski ulazni napon nereguliranog napajanja:
Općenito govoreći, nominalni Hallov ulazni napon proizvođača Hallove ručke je 5.0Vdc±0.5V, ali u praksi se ovaj napon odnosi na napon koji pokreće Hallov senzor. Ako je vrijednost izlaznog napona kalibracije 0.5~2,5V~4,5V izlaz, ulazni napon 5,5V, tada će srednji izlazni napon biti 2,75V, izvan raspona srednjih zahtjeva. Stoga se kupcima općenito govori da koriste regulirano napajanje. Odstupanje napajanja općenito je ±0.2V s uvjetima u najboljem rasponu od ±0.1V.