Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Elektroda.pl
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Wprowadzenie do liniowych czujników Halla

ghost666 14 Maj 2019 16:11 1320 1
  • Jako konsumenci często nie zauważamy technologii, jaka nas otacza. Weźmy na przykład spust kontrolera gier. Grasz jako łucznik, a spust naśladuje ruchy podczas używania i strzały. Aby wyciągnąć łuk, naciskamy spust i w zależności od tego, jak chcemy strzelić musimy nacisnąć spust z różną siłą. Chociaż nie można tego zobaczyć, w sterowniku takim jest bardzo zaawansowany układ sensorów, który określa pozycję wyzwalacza i kieruje grą tak jak chcemy.

    Przez wiele lat w tego typu aplikacjach, gdzie konieczny jest precyzyjny pomiar pozycji, takich jak kontrolery gier wideo, używały czujników wykorzystujących efekt Halla. Te małe i niedrogie elementy są proste w implementacji i umożliwiają monitorowanie ruchu obiektów w systemie.

    Zanim zagłębimy się w detale implementacji sensorów pozycji z czujnikiem Halla, przypomnijmy sobie, co to jest magnes trwały i gęstość strumienia magnetycznego. Jak pokazano na rysunku 1, magnesy trwałe wytwarzają pole magnetyczne. Strumień magnetyczny odnosi się do całkowitej sumy linii pola magnetycznego przechodzących przez określony obszar, a gęstość strumienia magnetycznego jest ilością strumienia na jednostkę powierzchni. Istnieją trzy kluczowe właściwości, jeśli chodzi o magnesy trwałe i gęstość strumienia:

    * Gęstość strumienia magnetycznego jest tym wyższa, im bliżej magnesu jesteśmy.
    * Materiał magnesu wpływa na remanencję (tzw. namagnesowanie szczątkowe), która zmienia generowaną gęstość strumienia magnetycznego.
    * Wokół większych magnesów gęstość strumienia magnetycznego opada wolniej niż wokół mniejszych magnesów.

    Wprowadzenie do liniowych czujników Halla
    Rys.1. Schematyczne przedstawienie magnesu stałego.


    Czujniki Halla dzieli się zazwyczaj na trzy główne grupy: zatrzaski Halla, przełączniki z efektem Halla oraz liniowe czujniki Halla. Zatrzaski z efektem Halla są układami z wyjściem cyfrowym, które wymagają naprzemiennych biegunów północnych i południowych (często w postaci magnesu pierścieniowego) do przełączania pomiędzy dwoma stabilnymi stanami (zero i jeden). Są one powszechne w aplikacjach, takich jak monitorowanie ruchu obrotowego. Przełączniki Halla są również cyfrowymi czujnikami obecności lub nieobecności magnetycznego. Przykładową aplikacją dla przełącznika efektu Halla byłoby wykrycie otwarcia i zamknięcia pokrywy laptopa tak, aby wiedział, kiedy włączyć się lub wyłączyć. Mimo że przełączniki i zatrzaski są popularne i doskonale nadają się do prostego pomiaru położenia, to nie nadają się do pomiaru pozycji - mogą jedynie wykryć przekroczenie określonej gęstości strumienia magnetycznego.

    Liniowe czujniki Halla wyposażone są z kolei w wyjście analogowe. Sygnał wyjściowy jest wprost proporcjonalny do gęstości strumienia magnetycznego, co umożliwia precyzyjne pomiary położenia. Mogą być one szczególnie przydatne w zastosowaniach związanych z wykrywaniem pozycji np. w samochodach. Stosuje się je w aplikacjach, takich jak na przykład pomiar kąta ustawienia lusterek bocznych. Dzięki temu samochód może automatycznie przesuwać lusterka do zadanej pozycji, odpowiadającej kierowcy. W niektórych systemach pomiar jest absolutny, co pozwala na ustawienie zdefiniowanych wcześniej ustawień lusterek itp, co jest szczególnie przydatne, gdy z auta korzysta regularnie więcej niż jedna osoba.

    Oprócz elektroniki samochodowej, liniowe czujniki Halla są wykorzystywane w wielu innych zastosowaniach przemysłowych. W niektórych systemach wykorzystuje się liniowe czujniki Halla do wykrywania mechanicznej ingerencji w system, aby np. zapobiec kradzieży energii poprzez wprowadzanie modyfikacji w mierniku zużycia energii elektrycznej. Czujniki w skrzynce licznika wykrywają magnesy osadzone w pokrywie, dzięki czemu system wie, że licznik jest zawsze bezpiecznie zamknięty.

    Można by zapytać - po co używać w powyższym liniowego czujnika Halla zamiast prostego przełącznika wykorzystującego efekt Halla?

    Jak opisywaliśmy wcześniej, przełączniki Halla zapewniają wysoką lub niską stan na wyjściu w zależności od poziomu gęstości strumienia magnetycznego (tego, czy jest wyższa niż określony próg). Obrazuje to wykres na rysunku 2. Przełączniki działają w regionie nasycenia i mają taki sam sygnał wyjściowy niezależnie od gęstości strumienia tak długo, jak przekracza on próg. Jeżeli w systemie umieścimy duży magnes przed czujnikiem, to podczas otwierania obudowy, przełącznik będzie nadal wysyłał sygnał wysoki, tj. że wykrywa magnes, co sugeruje, że pokrywa nadal jest bezpiecznie na miejscu.

    Liniowy czujnik Halla na wyjściu podaje napięcie proporcjonalne do gęstości pola magnetycznego. Pozwala to na dokładny pomiar gęstości. Wszelkie zmiany pola magnetycznego i/lub odległości od magnesu spowodują zmianę napięcia wyjściowego z sensora, co spowoduje, że układ będzie wiedział, że coś jest nie tak. Zatem zastosowanie czujnika liniowego zapewnia znacznie bardziej niezawodne rozwiązanie do wykrywania otwarcia obudowy licznika.

    Wprowadzenie do liniowych czujników Halla
    Rys.2. Wyjście z przełącznika opartego na efekcie Halla.


    Liniowe czujniki Halla są przydatne w szerokim zakresie zastosowań, ponieważ zapewniają bezkontaktowy, niezawodny i precyzyjny pomiar pozycji fizycznej oraz ruchu. Nowa rodzina liniowych czujników Halla oferuje szereg możliwości: pomiar bipolarny z wyjściem analogowym (DRV5055), pomiar jednobiegunowy z wyjściem analogowym (DRV5056) i pomiar bipolarny z wyjściem w postaci impulsów o modulowanej szerokości (DRV5057).

    Jak pokazano na rysunkach 3, 4, 5 - każdy z układów posiada inne wyjście, które daje nam zupełnie inne możliwości.

    * Układ DRV5055 pozwala na wykrywanie biegunów (północnego i południowego) magnesu i podaje na wyjściu napięcie odpowiadające wykrytej gęstości strumienia magnetycznego.
    * Układ DRV5056 reaguje liniowo na południowy biegun magnetyczny skierowany w kierunku górnej strony układu. Zwiększa to rozdzielczość pomiaru, efektywnie podwajając czułość względem DRv5055 kosztem pracy tylko z jednym biegunem.
    * Układ DRV5057 ma na wyjściu przebieg o częstotliwości 2 kHz, który zmienia w pewnym zakresie swój okres w zależności od odczytanej gęstości strumienia magnetycznego. Urządzenie jest odporne na zakłócenia napięciowe i umożliwia bardziej niezawodną transmisję na większą odległość, a także zapewnia stały sygnał do sprawdzenia, czy urządzenie jest zasilane i działa poprawnie.

    Wprowadzenie do liniowych czujników Halla
    Rys.3. Sygnał wyjściowy z układu DRV5055.

    Wprowadzenie do liniowych czujników Halla
    Rys.4. Sygnał wyjściowy z układu DRV5056/

    Wprowadzenie do liniowych czujników Halla
    Rys.5. Sygnał wyjściowy z układu DRV5057.


    Magnetyczne sensory Halla produkowane przez Texas Instruments, są niezawodne i doskonale sprawdzają się w wielu aplikacjach pomiarowych. Niezależnie od tego, czy chcemy po prostu mierzyć przesunięcie jakiegoś obiektu, czy też monitorować kompleksowe ruchy systemu mechanicznego, czujniki Halla idealnie nadają się do takiej aplikacji. Pozwalają na precyzyjny pomiar pozycji w niemalże dowolnym systemie.

    Źródło: http://e2e.ti.com/blogs_/b/analogwire/archive/2018/09/06/intro-to-hall-effect-sensors-contactless-accurate-position-sensing

    Fajne! Ranking DIY
    Potrafisz napisać podobny artykuł? Wyślij do mnie a otrzymasz kartę SD 64GB.
  • #2
    szeryf3
    Poziom 17  
    Dziękuję za poszerzenie mojej wiedzy.
    Może coś więcej napiszesz o sposobie podłanczania tych układów.