Hall effekt sensor
Halleffektsensorer registrerer magnetfeltstyrken og retningen af en permanent magnet eller elektromagnet. Halleffektsensorens output er en funktion af dets magnetfelt og kan detektere positive såvel som negative magnetfelter.
Arbejdsprincippet for Hall Effect Sensor
Et eksternt magnetfelt aktiverer halleffektsensorer. Magnetiske felter er repræsenteret med fluxtæthed (B) og ved dets magnetiske poler, såsom enten nordpol eller sydpol. Magnetismen omkring halleffektsensoren bestemmer dens udgangssignal. Når den omgivende magnetiske fluxtæthed overstiger en forudbestemt tærskelværdi, producerer sensoren en Hall-spænding, VH.
Halvledersensorer er halvledere af p-typen, såsom galliumarsenid (GaAs), indiumarsenid (InAs) og indiumantimonid (InSb), der leder jævnstrøm. Halvledermaterialet oplever en kraft i nærvær af et magnetisk felt, hvilket får både elektroner såvel som huller til at bevæge sig til siderne af halvlederlaget. Når elektroner og huller bevæger sig til begge sider, udvikles en potentialforskel mellem halvledernes forskellige sider. I flade rektangulære materialer har et eksternt magnetfelt vinkelret på halvledermaterialet en større effekt på elektronmobiliteten.
Halleffekten viser den magnetiske poltype og dens feltstyrke. For eksempel er der en spænding ved en af magnetens poler, men ikke ved den anden. Hall-effektsensorer er normalt 'slukket' og fungerer som et åbent kredsløb, når der ikke er noget magnetfelt. De er kun lukket under et stærkt polariseret magnetfelt (lukket kredsløb).
Hall-effekt magnetiske sensorkarakteristika
Hallspændingen (V H ) af halleffektsensoren er en funktion af dens magnetiske feltstyrke (H). De fleste kommercielle halleffektenheder inkluderer DC-forstærkere, logiske switch-kredsløb og spændingsregulatorer i dem for at forbedre sensorfølsomheden og udgangsspændingerne. Dette gør det muligt for halleffektsensoren at håndtere mere kraft og magnetiske felter.
Hall effekt magnetisk sensor kredsløbsdiagram
De semi-aktive sensorer har lineære eller digitale udgange. Udgangsspændingen fra den lineære sensor relaterer sig direkte til det magnetiske felt, der strømmer gennem hall-sensoren og udsendes af en operationsforstærker.
Hall effekt spændingsligning
Udgangsspændingsligningen er givet ved:
Her, V H betegner hallspændingen, R H betegner halleffektkoefficienten, jeg betegner strømmen, t betegner tykkelsen og B står for den magnetiske fluxtæthed. Lineære eller analoge sensorer producerer en konstant spænding, der stiger med stærkere magnetfelter og falder med svagere felter. I en hall-effekt sensor, når styrken af det magnetiske felt øges, øges udgangssignalet fra forstærkeren, indtil strømforsyningen er mættet. Forøgelse af magnetfeltet får outputtet til at mætte, men har ingen effekt:
Når hallsensorens output overstiger et forudbestemt niveau af magnetisk flux, der strømmer gennem den, skifter kontakterne hurtigt fra 'lukket' tilstand til 'åben' tilstand uden at hoppe. Denne indbyggede hysterese forhindrer udgangssignalet i at oscillere, når sensoren bevæger sig ind i magnetfeltet. Det betyder, at den digitale udgangssensor kun har 'on' og 'off' tilstande.
Halleffektsensortyper
Halleffektsensorer kan være af to typer: bipolære halleffektsensorer og unipolære halleffektsensorer. Unipolære sensorer kan fungere og aflade, når de går ind og ud af et magnetfelt med den samme sydmagnetiske pol, mens bipolære sensorer kræver både positive og negative magnetfelter for at fungere og aflade. På grund af deres 10-20mA udgangsdrevkapaciteter kan de fleste halleffektenheder ikke direkte skifte høje strømbelastninger. For kraftige strømbelastninger tilføjes en NPN-transistor til udgangen med et åbent kollektorarrangement.
Anvendelser af Hall-effektsensorerne
Halleffektsensorerne tændes ved tilstedeværelse af magnetiske felter, og de styres af en enkelt permanent type magnet på en bevægelig aksel eller gadget. For at maksimere følsomheden skal de magnetiske fluxlinjer være vinkelrette på sensorfeltet og med den korrekte polarisering i alle konfigurationer.
1: Head on Detection
Det kræver, at magnetfeltet er vinkelret på halleffektdetektoren, som vist nedenfor:
Denne teknik producerer et udgangssignal, V H , der måler den magnetiske fluxtæthed i lineære enheder som en funktion af afstanden fra halleffektsensoren. Udgangsspændingen stiger med magnetfeltets styrke og dets nærhed.
2: Sidelæns registrering
Det kræver en indirekte magnetisk flux, mens magneten bevæger sig sidelæns hen over halleffektelementet.
Side- eller bevægelige sensorer kan måle hastigheden af roterende magneter eller motorer ved at detektere magnetfeltet, der glider på overfladen af Hall-elementet i en vis afstand fra luftgabet.
En positiv eller negativ lineær udgangsspænding kan produceres afhængigt af positionen af det magnetiske felt, der passerer gennem sensorens nulfelts midterlinje. Det bestemmer lodrette og vandrette bevægelser.
3: Positionskontrol
Positionsdetektoren forbliver i 'slukket', når der ikke er noget magnetfelt. Så snart magnetens sydpol bevæger sig i en vinkelret retning på nærheden af halleffektsensoren, tænder enheden, og LED'en lyser. Når den er tændt, er halleffektsensoren i tilstanden 'ON'.
For at slukke for LED'en skal magnetfeltet falde under dets minimum detekterbare udløsningspunkt, eller det kan også konfronteres med den modsatte nordpol med negativ gauss-værdi.
Konklusion
Halleffektsensorerne bruges til detektion af retning samt styrken af magnetiske felter. De bruges i en lang række applikationer, herunder bilindustrien, nærhedsregistrering, front-på-, sidelæns- og positionsdetektering for forskellige magnetfelter.