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概述
本文主要介绍霍尔传感器的特性,以及其应用领域。
1 霍尔效应传感器介绍
1.1 认识霍尔传感器
霍尔效应传感器是一种集成电路,可以准确、一致、可靠地将磁场转换为电信号。霍尔效应传感器有如下这些优点:
• 准确性和精度:
高精度锁存器和开关提供非常严格的开关阈值(小至 ±1mT),而一些单轴和 3D 线性传感器 的精度水平低至 2.6%,以便为机械容差提供更大的余量。
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• 高灵敏度:
一些霍尔效应传感器能够检测小至 2mT 的磁场,允许使用不产生大磁场的小型磁体或低成本磁 体。
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• 高带宽:
霍尔效应传感器通常设计用于满足应用的低功耗、低采样要求或高带宽、快速变化的磁场要求。
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• 宽电压范围:
霍尔效应传感器可以提供宽电压范围(有时从 1.65V 到 5.5V),从而实现低功耗应用。此外, 对于可能需要高电压范围的汽车应用,我们提供高达 38V 的产品。
1.2 霍尔传感器的优势
霍尔效应传感器具有真正的系统级优势,可用于使用电池供电的便携式电子产品,也可以用于高精度工厂自动化系统等各类终端产品。其具有的一些优势包括:
• 实时系统监控
• 磁场强度至位置转换
• 低成本位置开关
• 高速旋转编码
• 灵活的机械布置
1.3 常见的霍尔类型
1)线性类型:
与磁通密度成正比的模拟或数字输出信号,用 于检测绝对位置或角度运动
2) 开关类型:
指示磁通密度是否超过简单开/关(或打开和 关闭)应用定义的阈值。
3)锁存类型:
确定旋转编码的速度和方向以及电机换向的位置。
2 霍尔元件的应用
2.1 接近检测
开关指示系统处于两个固定机械位置中的哪一个位置。下图显示了三 种常用方法以及磁体相对于传感器的运动:迎面,头顶滑过,平面内 水平。还使用了线性传感器,它们不仅可以提供接近物体的数据,还 可以提供接近程度的数据。
用例:
按钮、滑动开关、盖闭合或打开检测、触发器
2.2 滑动位移
线性器件通过固有的零场点和相对于行程的线性场响应范围,确定穿 过定义路径(直线、圆弧等)的绝对行程。通过等间隔放置多个传感 器而不重叠其线性区域,可以增加行程范围。
用例:
图像稳定、柱塞位置控制、高分辨率拨号选择器
2.3 增量旋转编码
角行程或线性行程的速度和方向可以通过两个锁存器轻松实现(如下 图左所示,采用小外形尺寸无引线 (X2SON) 封装)。多极磁体还定义 了步进分辨率。在恒定速度下,磁信号本质上是正弦的,但是不同 相。双锁存器装置可相对于磁体灵活放置,因此使用此类装置很容易 实现正交编码。
1)采用 X2SON 封装的双锁存器实 现方案
2)单个双锁存器实现方案的两个示 例
用例:
旋钮、恒温器、家用电器拨盘、洗衣机滚筒
2.4 BLDC 电机换向
在此应用中,三个锁存器用于检测速度、方向和位置。通过精确地同 步通过定子线圈的电流,转子上的永磁体被这些不断变化的磁极吸引 或排斥,最终产生转矩使电机旋转。
2.5 3D 绝对位置
3D 线性传感器能够测量多个轴以有效地计算绝对位置,因此可以通过此传感器实现任意行程路径的位置和运动检测。
2.6 角度测量(单轴)
通过测量彼此相差 90° 的两个磁场分量,并在反正切函数 atan(B1/B2) 中使用该信息来计算角度,即可确定旋转绝对位置。相关 任务需要用到两个线性传感器(如下面的各图所示),它们采用两种 不同的封装类型。
2.7 角度测量 (3D)
单个 3D 线性传感器可以同时监测两个磁场,但在与磁体相关的机械 布置方面具有更好的灵活性(如下面的各图所示)。
用例:高分辨率旋钮和拨盘,机器人系统车轮
2.7 传感器模块
模块有多种外形,可用于测量线路末端行程(带开关)、旋转编码 (带锁存器)、线性位移(具有单轴线性)、角度测量(带 3D 线 性)以及许多其他功能。我们的霍尔效应传感器产品系列提供一系列 产品,可满足许多传感器模块的需求。
用例:
遥感模块、限位开关、线性位移传感器、旋转编码器、角度传感器
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