Hallas efekta sensors
Hallas efekta sensori nosaka pastāvīgā magnēta vai elektromagnēta magnētiskā lauka stiprumu un virzienu. Halles efekta sensora izeja ir tā magnētiskā lauka funkcija, un tā var noteikt gan pozitīvus, gan negatīvus magnētiskos laukus.
Hallas efekta sensora darbības princips
Ārējais magnētiskais lauks aktivizē halles efekta sensorus. Magnētiskie lauki ir attēloti ar plūsmas blīvumu (B) un tā magnētiskajiem poliem, piemēram, ziemeļpolu vai dienvidu polu. Magnētisms ap halles efekta sensoru nosaka tā izejas signālu. Kad apkārtējās vides magnētiskās plūsmas blīvums pārsniedz iepriekš noteiktu sliekšņa vērtību, sensors rada Halla spriegumu VH.
Pusvadītāju sensori ir p tipa pusvadītāji, piemēram, gallija arsenīds (GaAs), indija arsenīds (InAs) un indija antimonīds (InSb), kas vada līdzstrāvu. Pusvadītāju materiāls piedzīvo spēku magnētiskā lauka klātbūtnē, izraisot gan elektronu, gan caurumu pārvietošanos uz pusvadītāju slāņa malām. Elektroniem un caurumiem pārvietojoties uz abām pusēm, veidojas potenciāla atšķirība starp dažādām pusvadītāju pusēm. Plakanos taisnstūrveida materiālos ārējam magnētiskajam laukam, kas ir perpendikulārs pusvadītāju materiālam, ir lielāka ietekme uz elektronu kustīgumu.
Halles efekts parāda magnētiskā pola tipu un tā lauka intensitāti. Piemēram, vienā no magnēta poliem ir spriegums, bet otrā nav. Hallas efekta sensori parasti ir “izslēgti” un darbojas kā atvērta ķēde, ja nav magnētiskā lauka. Tie ir slēgti tikai zem spēcīgi polarizēta magnētiskā lauka (slēgta ķēde).
Hallas efekta magnētiskā sensora raksturlielumi
Zāles spriegums (V H ) ir tā magnētiskā lauka intensitātes (H) funkcija. Lielākā daļa komerciālo zāles efekta ierīču ietver līdzstrāvas pastiprinātājus, komutācijas loģiskās shēmas un sprieguma regulatorus, lai uzlabotu sensoru jutību un izejas spriegumu. Tas ļauj halles efekta sensoram tikt galā ar lielāku jaudu un magnētiskajiem laukiem.
Hallas efekta magnētiskā sensora shēmas shēma
Daļēji aktīvajiem sensoriem ir lineāras vai digitālas izejas. Lineārā sensora izejas spriegums ir tieši saistīts ar magnētisko lauku, kas plūst caur halles sensoru, un to izvada darbības pastiprinātājs.
Hallas efekta sprieguma vienādojums
Izejas sprieguma vienādojumu nosaka:
Lūk, V H apzīmē zāles spriegumu, R H apzīmē halles efekta koeficientu, es apzīmē strāvu, t apzīmē biezumu un B apzīmē magnētiskās plūsmas blīvumu. Lineārie vai analogie sensori rada pastāvīgu spriegumu, kas palielinās ar spēcīgākiem magnētiskajiem laukiem un samazinās ar vājākiem laukiem. Halles efekta sensorā, palielinoties magnētiskā lauka stiprumam, pastiprinātāja izejas signāls palielinās līdz barošanas avota piesātinājumam. Magnētiskā lauka palielināšana izraisa izvades piesātinājumu, bet tai nav ietekmes:
Kad halles sensora jauda pārsniedz iepriekš noteiktu magnētiskās plūsmas līmeni, kas plūst caur to, kontakti ātri pārslēdzas no “slēgta” stāvokļa uz “atvērtu” stāvokli, neatstājot atlēcienus. Šī iebūvētā histerēze neļauj izejas signālam svārstīties, sensoram pārvietojoties magnētiskajā laukā. Tas nozīmē, ka digitālās izvades sensoram ir tikai “ieslēgts” un “izslēgts” stāvokļi.
Hallas efekta sensoru veidi
Hallas efekta sensori var būt divu veidu: bipolāri halles efekta sensori un vienpolāri halles efekta sensori. Unipolāri sensori var darboties un izlādēties, ieejot magnētiskajā laukā un izejot no tā ar vienu un to pašu dienvidu magnētisko polu, savukārt bipolāriem sensoriem ir nepieciešami gan pozitīvi, gan negatīvi magnētiskie lauki, lai tie darbotos un izlādētos. Pateicoties to 10-20 mA izejas piedziņas iespējām, lielākā daļa halles efekta ierīču nevar tieši pārslēgt lielas strāvas slodzes. Spēcīgām strāvas slodzēm izejai tiek pievienots NPN tranzistors ar atvērtu kolektoru.
Hallas efekta sensoru pielietojumi
Halles efekta sensori tiek IESLĒGTI magnētisko lauku klātbūtnē un tos vada viens pastāvīgs magnēts uz kustīgas vārpstas vai sīkrīka. Lai palielinātu jutību, magnētiskās plūsmas līnijām jābūt perpendikulārām sensora laukam un ar pareizu polarizāciju visās konfigurācijās.
1: virzieties uz noteikšanu
Tas prasa, lai magnētiskais lauks būtu perpendikulārs halles efekta detektoram, kā parādīts zemāk:
Šis paņēmiens rada izejas signālu, V H , kas mēra magnētiskās plūsmas blīvumu lineārajās ierīcēs kā attāluma funkciju no halles efekta sensora. Izejas spriegums palielinās līdz ar magnētiskā lauka stiprumu un tā tuvumu.
2: sānu noteikšana
Tam nepieciešama netieša magnētiskā plūsma, kamēr magnēts pārvietojas uz sāniem pāri halles efekta elementam.
Sānu vai kustīgie sensori var izmērīt rotējošo magnētu vai motoru ātrumu, nosakot magnētisko lauku, kas slīd uz Hall elementa virsmas noteiktā attālumā no gaisa spraugas.
Atkarībā no magnētiskā lauka stāvokļa, kas iet caur sensora nulles lauka viduslīniju, var izveidot pozitīvu vai negatīvu lineāro izejas spriegumu. Tas nosaka vertikālās un horizontālās kustības.
3: pozīcijas kontrole
Pozīcijas detektors paliek izslēgtā stāvoklī, ja nav magnētiskā lauka. Tiklīdz magnēta dienvidu pols pārvietojas perpendikulārā virzienā halles efekta sensora tuvumā, ierīce ieslēdzas un iedegas gaismas diode. Ieslēdzot, halles efekta sensors ir “ON” stāvoklī.
Lai izslēgtu LED, magnētiskajam laukam ir jānokrīt zem tā minimālā nosakāmā sprūda punkta, vai arī tas var saskarties ar pretējo ziemeļpolu ar negatīvu Gausa vērtību.
Secinājums
Halles efekta sensori tiek izmantoti virziena, kā arī magnētiskā lauka stipruma noteikšanai. Tos izmanto visdažādākajās lietojumprogrammās, tostarp automobiļu rūpniecībā, tuvuma noteikšanai, galvas novietošanai, sānu un pozīcijas noteikšanai dažādiem magnētiskajiem laukiem.