Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Search our partners

Find the latest content on electronic components. Datasheets.com
Elektroda.pl
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

Odkryj na nowo sensory Halla

ghost666 15 Jun 2014 23:18 5058 0
  • Nowoczesne systemy odczytu położenia są niewiarygodnie niezawodnymi systemami, charakteryzującymi się niskim kosztem oraz prostotą implementacji. Co potrzebne jest do stworzenia najprostszego systemu tego typu? Niewielki układ w obudowie wyposażonej w zaledwie trzy wyprowadzenia oraz niewielki magnes,

    Odkryj na nowo sensory Halla


    Aplikacje

    Sensory Halla wykorzystywane są wszędzie dookoła nas, stosuje się je między innymi w:

    * Kontrolowaniu komutacji zasilania w silnikach bezszczotkowych prądu stałego.
    * Przemysłowych zaworach elektromagnetycznych, gdzie czujniki Halla wykorzystuje się do pomiaru pozycji zaworu,
    * Samochodach. W przemyśle motoryzacyjnym wykorzystuje się sensory Halla do pomiaru pracy silnika, trakcji, położenia pedałów, drzwi etc.
    * Kontrolery do gier wykorzystują czujniki magnetyczne do kontroli położenia przycisków.
    * Laptopy dzięki czujnikom Halla wyczuwają moment zamknięcia pokrywy.
    * W wielu aplikacjach, takich jak np. joysticki, wykorzystuje się je do wyczuwania ruchu.

    Fizyczne podstawy działania

    Zjawiska fizyczne, stojące za wykorzystywanym w sensorach Halla, nie są nadmiernie skomplikowane i nie jest konieczne posiadanie wykształcenia w kierunku zaawansowanego elektromagnetyzmu aby zrozumieć o co w tym chodzi. Za każdym razem gdy przez przewodnik płynie prąd elektryczny i znajduje się on w prostopadłym polu magnetycznym to w trzecim prostopadłym kierunku wytwarza się niewielka różnica potencjałów. I dokładnie to zjawisko nazywa się efektem Halla. Powodem dla którego powstaje różnica potencjałów jest to iż pole magnetyczne wpływa siłą Lorentza na elektrony płynące przez przewodnik skupiając je po jednej stronie przewodnika. To nierównomierne rozłożenie elektronów w materiale powoduje różnicę potencjałów na poziomie mikrowoltów. Musi ona zostać wzmocniona przez zewnętrzne układy, aby możliwe było wykorzystanie tego efektu w układzie elektronicznym.

    Odkryj na nowo sensory Halla


    Analogowy sensor Halla

    Nowy układ, produkowany przez firmę Texas Instruments - DRV5053, to analogowy sensor Halla. Układ ten wyposażony jest w jedynie trzy wyprowadzenia - dwa służą do zasilania, a trzecie to wyjście analogowe. Gdy do układu nie jest przyłożone żadne zewnętrzne pole magnetyczne napięcie na wyjściu wynosi 1 V. Gdy linie zewnętrznego pola magnetycznego przechodzą przez układ od góry do dołu to wyjście liniowo zbliża się do zera woltów w funkcji przybliżania południowego bieguna magnesu do obudowy układu. Odpowiada to przybliżaniu tego bieguna do górnej powierzchni obudowy.

    Odkryj na nowo sensory Halla


    Jak łatwo się domyślić przybliżanie północnego bieguna do obudowy spowoduje zbliżanie się napięcia wyjściowego do poziomu 2 V. Mikrokontroler wraz z przetwornikiem analogowo-cyfrowym może analizować te dane i na ich podstawie odtwarzać nie tylko pozycję, ale też prędkość i przyspieszenie.

    Wewnątrz opisywanego układu znajdują się tak na prawdę cztery elementy Halla, które połączone są ze sobą równolegle, co pozwala na usunięcie z sygnału składowej stałej.

    Cyfrowy sensor Halla

    Texas Instruments, oprócz sensora analogowego, wypuszcza także całą rodzinę sensorów cyfrowych, które pracują z ustalonym fabrycznie progiem pola magnetycznego. Wyposażone są one w wyjście z otwartym drenem, które przyjmuje stan niski w momencie przekroczenia przez pole progu. W ramach tej rodziny produkowane są trzy układy:

    1. DRV5013 Zatrzask: Wyjście po przejściu w stan niski zatrzaskuje się w tym stanie i zostaje w stanie niskim dopóki do układu nie zostanie przyłożone pole o odwrotnej polaryzacji.

    Odkryj na nowo sensory Halla


    2. DRV5023 Przełącznik: Wyjście jest w stanie niskim gdy tylko obecne jest pole magnetyczne.

    Odkryj na nowo sensory Halla


    3. DRV5033 Przełącznik dwubiegunowy: Wyjście jest w stanie niskim gdy obecne jest pole magnetyczne, jednakże w przypadku tego układu polaryzacja pola magnetycznego jest nieistotna - obie powodują wystąpienie stanu niskiego. Ułatwia to aplikację układu, gdyż dowolność w doborze pola pozwala na pewną elastyczność.

    Odkryj na nowo sensory Halla


    Co jest tak wspaniałego w tym układzie

    Proste = elastyczne: Te układy produkowane są w szerokiej gamie trójpinowych obudów, tak do montażu powierzchniowego i przewlekanego. Magnesy natomiast dostępne są w postaci dyskretnych elementów, folii, naklejek czy nawet pokryć malarskich. Pamiętać też trzeba iż ruszający się element którego ruch chcemy monitorować może blokować pole pomiędzy sensorem a magnesem, jako sposób na zaznaczanie swojej obecności.

    Niski koszt: Rozwiązanie proponowane w tym artykule charakteryzuje się znikomym kosztem, który praktycznie może nie mieć wpływu na koszt finalnego urządzenia.

    Osłonięte od środowiska zewnętrznego: Czujniki Halla bardzo łatwo dają się integrować z zamkniętymi obudowami, mającymi na celu ochronę układu elektronicznego przed wpływem wilgoci, korozją i wyładowaniami ESD.

    Nigdy się nie zużywa: Sensory te będą działały tak samo po pięciu latach jak pierwszego dnia.

    Stabilność termiczna: Układy te charakteryzują się takimi samymi parametrami pracy w szerokim zakresie temperatur. Stosowane być mogą w zakresie od -40°C do 125°C.

    Źródło:

    http://e2e.ti.com/blogs_/b/analogwire/archive/2014/05/30/rediscover-the-hall-sensor.aspx

    Cool! Ranking DIY
    Can you write similar article? Send message to me and you will get SD card 64GB.
    About Author
    ghost666
    Translator, editor
    Offline 
    Fizyk z wykształcenia. Po zrobieniu doktoratu i dwóch latach pracy na uczelni, przeszedł do sektora prywatnego, gdzie zajmuje się projektowaniem urządzeń elektronicznych i programowaniem. Od 2003 roku na forum Elektroda.pl, od 2008 roku członek zespołu redakcyjnego.
    ghost666 wrote 10321 posts with rating 8606, helped 157 times. Live in city Warszawa. Been with us since 2003 year.
  • TespolTespol