Датчик Холла | Виды, принцип работы, как проверить

Что такое датчик Холла

Датчики Холла представляют из себя твердотельные радиоэлементы, которые становятся все более популярными в радиолюбительской среде и разработке радиоэлектронных устройств. Они применяются в датчиках измерения положения, скорости или направленного движения. Они все чаще заменяют собой путевые выключатели и герконы. Так как такие датчики являются абсолютно герметичными и представляют из себя простой радиоэлемент, то они не боятся вибрации, пыли и влаги. То есть по сути датчик Холла простыми словами – это радиоэлемент, который реагирует на внешнее магнитное поле.

Эффект Холла

Дело было еще в 19-ом веке. Американский физик Эдвин Холл обнаружил очень странный эффект. Он взял пластинку золота и стал пропускать через неё постоянный ток. На рисунке эту пластинку я пометил гранями ABCD.

Он пропускал постоянный ток через грани D и B. Потом поднес перпендикулярно пластинке постоянный магнит и обнаружил напряжение на гранях А и C!  Этот эффект и был назван в честь этого великого ученого.

Основной физический принцип данного эффекта был основан на силе Лоренца. Поэтому радиоэлементы, основанные на эффекте Холла, стали называть датчиками Холла. 

Но здесь один маленький нюанс. Дело в том, что напряжение Холла даже при самой большой напряженности магнитного поля будет какие-то микровольты. Согласитесь, это очень мало. Поэтому, помимо самой пластинки в датчик Холла устанавливают усилители постоянного тока, логические схемы переключения, регулятор напряжения а также триггер Шмитта. В самом простом переключающем датчике Холла все это выглядит примерно вот так:

где

Supply Voltage – напряжение питания датчика

Ground – земля

Voltage Regulator – регулятор напряжения

А – операционный усилитель

Hall Sensor – собственно сама пластинка Холла

Output transisitor Switch – выходной переключающий транзистор (транзисторный ключ)

Линейные (аналоговые) датчики Холла

В линейных датчиках напряжение Холла (напряжение на гранях А и С) будет зависеть от напряженности магнитного поля. Или простыми словами, чем ближе мы поднесем магнит к датчику, тем больше будет напряжение Холла. Это и есть прямолинейная зависимость.

В линейных датчиках Холла выходное напряжение берется сразу с операционного усилителя. То есть в линейных датчиках вы не увидите триггер Шмитта, а также выходного переключающего транзистора. То есть все это будет выглядеть примерно вот так:

О чего же зависит напряжение на гранях А и С? В основном от магнитного поля, создаваемым либо постоянным магнитом, либо электромагнитом; толщиной пластинки, а также силой тока, протекающего через саму пластинку.

Теоретически, если подавать ну очень сильный магнитный поток на датчик Холла, то напряжение Холла будет бесконечно большим? Как бы не так). Выходное напряжение будет лимитировано напряжением питания. То есть график будет выглядеть примерно вот так:

Как вы видите, до какого-то момента у нас идет линейная зависимость выходного напряжения датчика от плотности магнитного потока. Дальнейшее увеличение магнитного потока бесполезно, так как оно достигло напряжения насыщения, которое ограничено напряжением питанием самого датчика Холла.

Благодаря этим параметрам с помощью датчика Холла были построены приборы, позволяющие замерять силу тока в проводнике, не касаясь самого провода, например, токовые клещи.

Существуют также приборы, с помощью которых можно замерять напряженность магнитного поля. Датчики Холла, используемые в этих приборах, называют линейными, так как напряжение на датчике Холла прямо пропорционально плотности магнитного потока.

Линейные датчики, как я уже сказал, могут быть использованы в токовых клещах. Они позволяют измерять силу тока, начиная от 250 мА и до нескольких тысяч Ампер. Самым большим преимуществом в таких токовых клещах является отсутствие механического контакта с измеряемой цепью. Иными словами, токовые измерители на эффекте Холла намного безопаснее, чем измерители на основе шунта и амперметра, особенно при большой силе тока в цепи, которую нередко можно встретить в промышленных установках.

Цифровые датчики Холла

Как только наступила  эра цифровой элек троники, в один корпус вместе с датчиком Холла стали помещать различные логические элементы. Самый простой датчик Холла на триггере Шмитта мы уже рассмотрели выше и он выглядит вот так:

По сути такой датчик имеет только два состояние на выходе. Либо сигнал есть (логическая единица), либо его нет (логический ноль). Гистерезис на триггере Шмитта просто устраняет частые переключения, поэтому в цифровых датчиках Холла он используется всегда.

В результате промышленность стала выпускать датчики Холла для цифровой электроники. В основном такие датчики делятся на три вида:

Униполярные

Реагируют только на один магнитный полюс. На противоположный магнитный полюс не обращают никакого внимания. К примеру, подносим южный полюс магнита и датчик сработает. На северный магнитный полюс он реагировать не будет.

Биполярные

Подносим магнит одним полюсом – датчик сработает и будет продолжать работать даже тогда, когда мы уберем магнит от датчика. Для того, чтобы его выключить, нам надо подать на него другую полярность магнита.

Как проверить датчик Холла

Давайте рассмотрим работу цифрового биполярного датчика Холла марки SS41. Выглядит наш подопечный вот так:

Судя по даташиту, на первую ножку подаем плюс питания, на вторую – минус, а с третьей ножки уже снимаем сигнал логической единицы или нуля.

Для этого соберем простейшую схему: светодиод на 3 Вольта, токоограничительный резистор на 1КилоОм и сам датчик Холла.

Теперь цепляемся к нашей схеме от блока питания, выставив на нем 5 Вольт. Минус на средний вывод, а плюс питания – на первый.

У меня под рукой оказался вот такой магнитик:

Чтобы не перепутать полюса, я пометил красным бумажным ценником один из полюсов магнита. Какой именно – я не знаю, так как не имею компаса, с помощью которого можно было бы узнать, где северный полюс, а где южный.

Как только я поднес магнит “красным” полюсом к датчику холла, то у меня светодиод сразу потух.

Переворачиваю магнит другим полюсом, подношу его к датчику Холла и вуаля!

Если магнит не переворачивать, то есть не менять полюса, то светодиод также останется потухшим, потому что датчик

биполярный.

А вот и видео работы

Как вы видите на видео, мы с помощью магнита управляем датчиком Холла. Датчик Холла выдает нам два состояния сигнала: сигнал есть – единичка, сигнала нет – ноль. То есть светодиод горит – единичка, светодиод потух – ноль.

Применение датчиков Холла

В настоящее время область применения датчиков Холла очень обширна и с каждым годом становится все шире и шире. Вот основные применения:

Применение линейных датчиков

• датчики тока
• тахометры
• датчики вибрации
• детекторы ферромагнетиков
• датчики угла поворота
• бесконтактные потенциометры
• бесколлекторные двигатели постоянного тока
• датчики расхода
• датчики положения

Применение цифровых датчиков

• датчики частоты вращения
• устройства синхронизации
• датчики систем зажигания автомобилей
• датчики положения
• счетчики импульсов
• датчики положения клапанов
• блокировка дверей
• измерители расхода
• бесконтактные реле
• детекторы приближения
• датчики бумаги (в принтерах)

Заключение

Чем же так хороши датчики Холла? Если соблюдать нормальные рабочие значения напряжения и тока, то теоретически датчика хватит на бесконечное число включений-выключений. Они не имеют электромеханического контакта, который бы изнашивался, в отличие от геркона  и электромагнитного реле. В настоящее время они уже почти полностью заменили герконы.

Что такое датчик Холла в телефоне?

В смартфонах и планшетах могут применяться сразу несколько датчиков, которые помогают устройству считывать дополнительную информацию. Некоторое время назад мы рассказывали об акселерометре. Сегодня поговорим о другом датчике, а именно — о датчике Холла.

Что это такое?

Датчик Холла, использующийся в современных мобильных устройствах, представляет из себя измерительный элемент, который способен определять наличие, интенсивность и изменение интенсивности магнитного поля. Датчик назван по имени американского физика Эдвина Холла, в честь которого был назван открытый в 1879 году «эффект Холла» — явление возникновения поперечной разности потенциалов при помещении проводника с постоянным током в магнитное поле.

Суть в следующем: если в магнитное поле поместить пластину под напряжением, электроны в пластине начнут отклоняться перпендикулярно направлению магнитного потока. Плотность электронов на разных сторонах пластины будет различаться, что в свою очередь приводит к разности потенциалов, которую улавливает датчик Холла.

Вот как выглядит датчик:

Для чего нужен датчик Холла в планшете или смартфоне?

Сам по себе датчик обладает достаточно широкими возможностями, хотя обычно его применяют по своему прямому назначению, измеряя напряженность магнитного поля. В частности, датчик используется в ракетных двигателях, в системе зажигания ДВС, для измерения уровня жидкости и т.п.

Встречается датчик и в современных мобильных устройствах, однако его возможности реализованы не в полной мере. Датчик фактически используется только в двух основных задачах:

• Первая — это ставший уже привычным для обладателей смартфонов цифровой компас, который в том числе применяется для улучшения позиционирования.

• Вторая задача, куда более актуальная, — это взаимодействие с популярными чехлами для смартфонов и планшетов.

Магнитные чехлы

Вы наверняка видели так называемые магнитные чехлы как для смартфонов, так и для планшетов. Они позволяют блокировать и разблокировать устройство при открытии/закрытии чехла.

Как это возможно? Установленный в устройстве датчик Холла реагирует на магнит, который расположен в самом чехле. Когда магнит расположен близко к устройству, датчик регистрирует усиление излучения, в результате чего блокирует дисплей. Такие чехлы часто имеют приставку Smart — «умный».

Когда пользователь открывает флип-чехол (чехол-книжка), датчик фиксирует уменьшение интенсивности излучения и разблокирует экран.

А что, если чехол имеет специальное окошко, в котором показывается информация, даже если чехол закрыт? В таком случае датчик Холла тоже используется — он дает команду на переключение между различными режимами работы дисплея, то есть выводит в окошко только определенную информацию, например, время, дату, уведомления. Пример такого чехла — от компании Samsung:

И кстати, если используется экран, созданный по технологии AMOLED, в силу особенности технологии показываемая информация в окошке практически никак не сказывается на расходе энергии аккумулятором.

Есть ли в моем смартфоне датчик Холла?

Есть с вероятностью в 99%. Большинство производителей указывают его в характеристиках к смартфону, но не всегда. В этом случае обратите внимание на аксессуары: если имеются умные магнитные чехлы, значит, датчик Холла в смартфоне точно имеется.

Что такое датчик Холла в смартфоне?

Современные мобильные устройства оснащаются большим количеством функциональных блоков, среди которых – не только основные элементы, но и вспомогательные датчики. Если о том, что такое акселерометр, сенсор освещенности и гироскоп знают многие пользователи, то по поводу датчика Холла нередко возникают вопросы.

Что такое датчик Холла

Датчики Холла, используемые в современных смартфонах, это измерительные элементы, которые позволяют определять наличие и интенсивность магнитного поля, а также его изменения. Свое название они получили в честь американского ученого Эдвина Холла, который еще в 1879 году открыл эффект изменения напряжения тока на проводнике при его помещении в магнитное поле.

Магнитный поток, взаимодействующий с датчиком Холла

Зачем нужен датчик Холла в смартфоне

В зависимости от уровня реализации, этот сенсор обладает довольно широкими возможностями. Среди них – измерение величины электромагнитной индукции различных приборов, возможность реализации бесконтактного управления и другие функции. Магнитометр, основанный на датчике Холла, в современных смартфонах встречается достаточно часто. Особенно в флагманских устройствах.

Но в большинстве мобильных устройств не все возможности датчика Холла реализованы в полной мере. Ограниченное пространство под крышкой, желание снизить потребление заряда аккумулятора, отсутствие широкого интереса и острой потребности в реализации новых функций сводят использование сенсора к двум задачам:

• Первая из них – это цифровой компас. Он используется навигационными программами для ускорения позиционирования и более точного определения направления движения.
• Второй областью применения датчика Холла, наиболее востребованной владельцами смартфонов, является улучшение взаимодействия устройства с магнитными чехлами и другими аксессуарами.
• Использование датчика Холла в телефонах «раскладушках», чтобы включать или выключать экран при закрытии или открытии крышки.

Как смартфон взаимодействует с магнитными чехлами

Самым простым примером реализации взаимодействия чехла с магнитом и смартфона является автоматическая блокировка/разблокировка экрана при закрытии/открытии чехла. Датчик Холла реагирует на приближение магнита, расположенного в флипе, регистрируя усиление поля, и блокирует дисплей. При открытии интенсивность излучения снижается и экран активизируется.

Чехлы с окошком в верхней части, которые оставляют часть дисплея открытой для возможности использования отдельных функций (звонки, проигрыватель, часы) без раскрытия флипа, тоже взаимодействуют с датчиком Холла. Регистрируя наличие/отсутствие повышенного магнитного поля, смартфон определяет, оставлять активным весь экран или только его часть.

Еще одним примером аксессуара, требующего наличия датчика Холла, являются Google CardBoard – доступные очки виртуальной реальности, использующие смартфон. Так как при использовании устройства телефон находится внутри, единственным способом управления остается удаленное взаимодействие магнита, встроенного в единственную «кнопку» аксессуара, с датчиком Холла.

 

Что такое датчик Холла в смартфоне и телефоне?

Гаджеты оснащены множеством разнообразных датчиков, которые открывают новые функции и делают использование телефонов проще и комфортнее.

Мы уже составляли список сенсоров, которыми оснащены смартфоны, но не упоминали датчик Холла. Что это такое, для чего он нужен и как работает — все это можно узнать в этой статьей.

Зачем нужен датчик Холла?

Данный сенсор способен определять положение и основан на эффекте Холла, который был открыт в 1878 году. Ученому-физику удалось сделать открытие путем измерения напряжения тока в проводнике, который находился в магнитном поле.

На наших гаджетах применяется упрощенный вариант датчика Холла. Он способен определять наличие магнитного поля, но напряженность поля по разным осям не высчитывает. Вместе с ним на смартфонах часто используется магнитный сенсор, который отвечает за работу компаса.

Датчик Холла в смартфонах

Датчик Холла можно встретить преимущественно во флагманских смартфонах, для которых доступны специальные чехлы с магнитной защелкой — их часто называют умными чехлами или Smart Case. Сенсор умеет определять, закрыта или открыта крышка чехла, и в соответствии с этим включать/отключать дисплей устройства.

Стоит отметить, что не все производители указывают на наличие данного сенсора в характеристиках устройства. Точно в присутствии этого сенсора можно убедиться, если в качестве аксессуаров для гаджета доступны Smart Case.

Датчик Холла помогает навигационным программам быстрее измерять местоположение. Ранее он использовался в телефонах-раскладушках и помогал активировать экран, когда гаджет открывали, и выключать его, когда устройство закрывали.

Другое применение

Первоначально датчики Холла использовались на автомобилях, где они отвечали за измерение угла положения коленвала. Сенсор определяет момент, когда в автомобиле образовалась искра. Правда, это относится к старым машинам. Позже сенсором начали оснащать бесконтактные выключатели и измерители уровня жидкости. Еще они применялись в системах чтения магнитных кодов и даже в двигателях ракет.

Загрузка…
Установка датчика Холла

для бесщеточных двигателей постоянного тока с постоянным магнитом

Это очень запутанная тема.

Сегодня я потратил несколько часов на то, чтобы заново изучить теорию расположения датчиков Холла, а затем еще дольше пытался придумать четкий способ ее представления. Это было сочетание сбора информации с форумов и просмотра моих старых заметок (которые были основаны на опыте Шейна). Цель этого поста — собрать всю эту информацию на одной веб-странице и передать ее в максимально понятном формате.

Заявление об ограничении ответственности: я не инженер-электрик, поэтому некоторые из этих утверждений могут быть неточными. При этом я уверен на 90%, что это так.

Условные обозначения:

• edeg: электрические степени
• эрот: электрическое вращение. 1 эрот = 360 эдэг
  
• mdeg: механические градусы
• мрот: механическое вращение. 1 мрот = 360 мкг
• пп: количество полюсов магнита пар. 1 pp = 2 магнита (1 север, 1 юг)
• с: количество пазов (в статоре)

В этом посте будет рассказано, как разместить датчики Холла на 3-фазных двигателях, управляемых контроллерами положения Холла 60 и 120 (контроллеры двигателей, которые предполагают, что датчики Холла будут размещены на расстоянии 60 и / или 120 градусов друг от друга).Хотя можно спроектировать контроллер мотора, ожидающий, что датчики Холла будут размещать другое количество эдэгов, я никогда не видел и не слышал об одном (просто нет обычных коммерчески доступных датчиков, которые допускают что-либо, кроме 60 и / или или размещение датчика Холла 120 эдэг). Я считаю, что причина этого в том, что это усложняет код и выполнение математических расчетов, хотя я могу ошибаться, поскольку я никогда не проектировал свой собственный контроллер двигателя. В этом посте я собираюсь охватить только трехфазные двигатели, потому что они являются наиболее распространенным типом, хотя следующие уравнения можно распространить на любое количество фазных двигателей с небольшими изменениями.

Нам нужно выяснить, где разместить 3 датчика Холла. Начнем с математики:

Первое, что вам нужно найти, это количество mdeg на эрот. Другими словами, количество механических градусов, на которое вращается ротор, чтобы сделать одно полное электрическое вращение.

Уравнение 1: (360 мград / pp ) = n mdeg на erot = n mdeg на 360 edeg

Примечание: не путайте это с уравнением mrpm * pp = erpm, что полезно для определения электрических оборотов с учетом механических оборотов вашего двигателя.

Теперь предположим, что вы хотите использовать контроллер двигателя, для которого требуется установка датчика Холла 120 edeg . Вам нужно найти количество миллиграммов на 120 эдэг. Таким образом, вы просто разделите приведенное выше уравнение на 3.

Уравнение 2: (360 мград / 3 * pp ) = м мград на 120 эдэг.

Это значение, м , дает минимальное количество метров в градусах, на которое вы можете разнести каждый из датчиков эффекта Холла, и при этом добиться разноса 120 градусов.

На этом этапе вам нужно выбрать, хотите ли вы установить датчики эффекта Холла на внутренней плате 1 2, за пределами двигателя (обычно на каком-то приспособлении / плате (прокрутите вниз 2/3 страницы), расположенной так что он может улавливать утечку магнитного потока из двигателя) или внутри пазов статора 1 2 3 (примечание: если вы устанавливаете их сбоку от катушек, как я, убедитесь, что вы расположили их как можно ближе к магнитам по возможности) на катушках.Преимущество первых двух вариантов заключается в том, что плату можно вращать, чтобы замедлить или опередить синхронизацию двигателя (регулируемая синхронизация). Единственный способ настроить время третьего варианта — программно.

ПРИМЕЧАНИЕ: ОЧЕНЬ важно разместить датчики на эффекте Холла как можно точнее. Отклонение на несколько механических градусов может отпугнуть вас на многие десятки электрических градусов.

Если вы хотите установить датчики холла на какой-то приспособление / плату (внутреннюю или внешнюю), то с математикой покончено! Приведенное выше значение, м , дает вам количество механических градусов, в которых вы должны разнести каждый датчик на эффекте Холла (для 3 датчиков на эффекте Холла это общая дуга 2 * м мград).Если м слишком мало для вашего вкуса, вы можете умножить его на любое целое значение, например 2, 3, 4 и т. Д., Чтобы получить другие интервалы, которые будут работать с контроллерами электродвигателей 120 edeg. (Хотя датчики на эффекте Холла больше не будут разнесены точно на 120 градусов, они будут кратны 120 градусам, что тоже будет работать).

Если вы хотите установить датчики Холла в пазы статора, вам нужно найти количество миллиграммов на слот:

Уравнение 3: (360 мград / с ) = x мград на слот

Сейчас вам нужно умножить м на из ур. 2 целыми числами, пока не найдете целое число i , которое даст вам число, кратное x . м * i дает вам количество метров, на которое вы должны разнести датчики эффекта Холла, и:

Уравнение 4: (( м * i) / x ) = количество щелей между датчиками Холла.

Вероятно, есть несколько вариантов для i , особенно когда количество пазов и полюсов в двигателе увеличивается. Пока удовлетворяются приведенные выше уравнения, контроллер мотора, который хочет, чтобы датчики Холла на 120 градусов были разнесены, будет работать.

_______________________________________________

Теперь для контроллеров двигателей, требующих размещения датчика Холла 60 edeg . Уравнение 1 по-прежнему применимо, но уравнение 2 теперь принимает вид:

Уравнение 2 ‘: (360 мград / 6 * pp ) = м мград на 60 эдэг.

Это значение, м , дает минимальное количество метров в градусах, на которое можно разнести каждый из датчиков эффекта Холла и при этом добиться разнесения в 60 градусов. Следуя логике из приведенного выше случая шага 120 edeg, вы можете умножить m на любое целое число и при этом сохранить шаг 60 edeg. Затем вы можете напрямую передать это количество mdeg на плату / приспособление для установки датчиков Холла.

Или вы можете установить датчики Холла в пазы статора. Это идентично случаю с интервалом 120 градусов; Уравнения 3 и 4 в этом случае остаются неизменными.

Примечание. Интересно и логично, что вы получите все значения, кратные 120 edeg, в случае интервала 60 edeg (120 кратно 60).

*** Примечание 2: Будьте осторожны со схемой намотки. Схемы намотки могут влиять на то, какие интервалы между градусами работают, а какие нет. Иногда вам придется перевернуть датчик Холла (см. Пример 4 ниже). Для простоты вам следует разместить датчики на эффекте Холла в разумных местах (первый на зубах или между ними), несмотря на то, что часто это не имеет значения, если они расположены правильно (я говорю «часто», потому что если датчики вращаются вместе, вы можете регулировать синхронизацию двигателя, а значит, и его производительность и характеристики). ***

__________________________________________________

Время для некоторых ПРИМЕРОВ!

Ex 1: Электродвигатели ELB с внутренними датчиками Холла, установленными на поворотной «доске холла» для 120 контроллеров edeg. Двигатель

ELB представляет собой бесщеточный двигатель с 18 гнездами, 20 полюсов и схемой обмотки AaABbBCcCAaABbBCcC. Сначала я хотел иметь датчики на доске холла, которые можно было бы вращать вокруг оси, чтобы легко регулировать время. Итак, я вычислил:

Уравнение 1: (360 мград / 10 п.п.) = 36 мград на эрот = n мград на 360 эдэг

Уравнение 2: (360 мград / 30) = 12 мград на 120 эдэг.

Я расположил датчики на эффекте Холла на расстоянии 12 градусов друг от друга, чтобы получить общую дугу в 24 градуса, что позволило получить красивую маленькую доску для холла. (Я протравил лазером градусные линии на вырезанных мною досках, что оказалось очень хорошо для выравнивания датчиков). Это сработало. К сожалению, небольшие доски холла были очень хрупкими, и мне действительно не хватило места для доски холла внутри двигателя (или снаружи), поэтому я решил приклеить датчики в пазы статора . .. см. Следующий пример.

Ex 2: Двигатели ELB с внутренними датчиками Холла, вклеенными в пазы статора для контроллеров 120 edeg.

Время для дополнительных вычислений:

Уравнение 3: (360 мград / 18) = 20 мград на слот

Уравнение 4: (( м * i) / x ) = ((12 * 5) / 20) = 3 слота между датчиками холла.

Таким образом, датчики на эффекте Холла должны быть разнесены на 60 мград (600 эдэг), или по одному на каждые 3 слота. Именно это я и сделал, и это прекрасно работает. i = 10 также работает, и датчики Холла размещаются на расстоянии 120 мградусов друг от друга или равномерно вокруг статора. Фактически, 120 мград работает для многих распространенных комбинаций паз / полюс … так что вы могли бы просто пропустить всю эту математику и сделать это так.

Я не буду делать пример датчика положения в слоте с контроллером расстояния 60 градусов для ELB. Оказывается, что единственные интервалы между холлами mdeg, которые работают для 60 контроллеров edeg с 18-секундным, 20-полюсным двигателем, такие же, как 120 edeg интервалы, кратные mdeg. Другими словами, датчики Холла оказываются в том же месте, что и в корпусе с шагом 120 градусов. Но не верьте мне на слово, попробуйте математику!

Ex 3: Двигатели EHB с внутренними датчиками Холла, вклеенными в пазы статора для 120 контроллеров edeg.Двигатели

EHB будут 12-слотовыми, 14-полюсными бесщеточными двигателями со схемой обмотки AacCBbaACcbB.

Уравнение 1: (360 мград / 7 п.п.) = 51,4 мград на 360 эдэг

Уравнение 2: (360 мград / 7 * 3) = 17,14 мградус на 120 эдэг.

Уравнение 3: (360 мград / 12) = 30 мград на слот

Уравнение 4: (( м * i) / x ) = ((17,14 * 7) / 30) = 4 слота между датчики холла.

Первое действующее кратное i — 7.Оказывается, что единственный способ разместить датчики в пазах статора при использовании контроллера двигателя, который ожидает расстояние между датчиками 120 градусов, состоит в том, чтобы разместить датчики 120 на миллиграммах друг от друга (равномерно распределенные вокруг двигателя).

Это не означает, что вы не могли установить датчики на каком-то приспособлении на 17,14 миллиграмма друг от друга … вы можете. Но если вы хотите, чтобы статоры в гнездах на этом типе двигателя, вы должны разнести их на 120 мград.

Красные точки обозначают гнезда, в которые следует устанавливать датчики.

Ex 4: Двигатели EHB с внутренними датчиками Холла, вклеенными в пазы статора для 60 контроллеров edeg.

Давайте возьмем тот же двигатель, что и в примере 3, но теперь контроллер двигателя ожидает, что расстояние между датчиками на эффекте Холла составляет 60 градусов.

Уравнение 1: (360 мград / 7 пп) = 51,4 мград на 360 эдэг

Уравнение 2: (360 мград / 6 * 7) = 8,57 мградус на 60 эдэг.

Уравнение 3: (360 мград / 12) = 30 мград на слот

Уравнение 4: (( м * i) / x ) = ((8.57 * 7) / 30) = 2 щели между датчиками Холла.

Теперь датчики на эффекте Холла можно разместить ближе друг к другу. Однако есть загвоздка. Поскольку датчики Холла расположены следующим образом: A (датчик) ac (датчик) CB (датчик) baACcbB, второй датчик (C-фаза) необходимо перевернуть, потому что магнитное поле в этом слоте перевернуто, потому что этот слот намотан. другое направление по сравнению с гнездами первого и третьего датчиков. Вот почему нужно быть осторожным со схемами намотки.

Синяя точка указывает слот, в котором датчик Холла должен быть перевернут.

________________________________________________

Примечания по подключению контроллера к мотору. Вам придется потратить некоторое время на тестирование, чтобы увидеть, какой датчик холла соответствует какой фазе. И если у вас нет возможности изменить код в контроллере мотора, вам придется играть с комбинациями проводов, чтобы получить правильную. Очень помогает двухканальный осциллограф. Поскольку существует множество тем, касающихся бесконечных сфер, и это зависит от типа вашего двигателя, я не буду вдаваться в подробности.

Что такое эффект Холла? — Digilent Blog

Добро пожаловать в блог Digilent!

Роботы, которые бегают на моторах, очень милые. Эти двигатели обычно представляют собой двигатели постоянного тока, которые управляются с помощью H-образного моста, который может изменять поток тока, чтобы двигатель мог вращаться вперед или назад.Модули H-моста, такие как Digilent PmodHB3 или PmodHB5, также обычно имеют два контакта, помеченные как Sensor A и Sensor B, которые определяют направление вращения двигателя. Два датчика, A и B, будут подключены к выходам компонентов, известных как датчики эффекта Холла. Неудивительно, что они измеряют эффект Холла. Но вместо того, чтобы сталкиваться с проблемой «слова в определении», давайте узнаем некоторые практические детали.

Положительные и отрицательные носители заряда прижаты к обеим сторонам пластины. Изображение с сайта electronics-tutorials.ws.

Вообще говоря, когда ток проходит через компонент, такой как кусок металла, он будет проходить по пути наименьшего сопротивления. Как правило, этот путь наименьшего сопротивления будет самым коротким и относительно прямым путем от стороны высокого напряжения компонента к стороне низкого напряжения. Однако, если магнитное поле расположено перпендикулярно прямолинейному пути тока, протекающего через полупроводник, носители заряда в текущем потоке испытывают то, что известно как сила Лоренца.Эта сила заставляет заряженные частицы перемещаться к одной стороне полупроводника или к другой, в зависимости от того, заряжены они положительно или отрицательно.

Два датчика на эффекте Холла расположены под углом 90 градусов друг к другу.

Это разделение зарядов и результирующий перепад напряжений известны как эффект Холла. Результирующее напряжение затем может быть подано на транзистор или системную плату, чтобы показать, насколько силен эффект Холла на этом конкретном полупроводнике. Итак, как это относится к двигателям постоянного тока? Если в нашем двигателе постоянного тока есть постоянный магнит в небольшой части на внешней стороне двигателя, мы можем разместить два датчика Холла в квадратуре к двигателю.Проще говоря, это означает, что, если смотреть на верхнюю часть вращающегося двигателя, два датчика Холла расположены под углом 90 ° друг к другу. Таким образом, магнитное поле, создаваемое постоянным магнитом, будет влиять только на датчик Холла, который находится непосредственно перед ним, и не будет влиять на тот, который перпендикулярен (на 90 градусов) к нему. С помощью этой конфигурации можно определить, в какую сторону вращается двигатель, на основе того, какой датчик выдает напряжение первым в течение установленного периода времени.Вы также можете определить, насколько быстро ваш мотор вращается, основываясь на разнице во времени между конкретным датчиком и его максимальным значением и шириной вашего мотора.

Датчик на эффекте Холла испытывает перепад напряжения, когда к нему приближается магнит. Изображение из Википедии.

Не стесняйтесь оставлять комментарии, если у вас есть вопросы!

Датчики магнитного поля на эффекте Холла для высоких температур и вредных радиационных сред

SHPM-изображения тонких пленок висмутзамещенного феррита-граната при 25-100 ° C под внешним перпендикулярным магнитным полем Hext 150 э.Предоставлено: Технологический университет Тоёхаси.

Исследователи Toyohashi Tech изготовили датчики магнитного поля на эффекте Холла, работающие при температуре не менее 400 C и в экстремальных радиационных условиях, используя гетероструктуры на основе нитрида галлия a с двумерным электронным газом.

Кремниевые и полупроводниковые датчики магнитного поля на эффекте Холла из кремния и III-V широко используются в электронной промышленности для контроля вращения оборудования, такого как оптические диски памяти, и для аутентификации банкнот в торговых автоматах. Однако использование датчиков Холла для мониторинга магнитных полей в космическом пространстве и на атомных электростанциях является более сложной задачей из-за больших колебаний температуры и вредного излучения в этих средах.

Температурная зависимость токовой магнитной чувствительности. Предоставлено: Технологический университет Тоёхаси.

Чтобы решить эти проблемы, исследователи Toyohashi Tech использовали двумерные гетероструктуры электронного газа AlGaN / GaN для изготовления высокочувствительных датчиков магнитного поля на микро-эффекте Холла, которые стабильны при высоких температурах и высоких потоках протонного излучения.

Примечательно, что микроголловские датчики AlGaN / GaN были стабильны как минимум до 400 ° C, тогда как датчики, изготовленные с использованием GaAs и InSb, деградировали при температуре ~ 120 ° C.

Изменение напряжения Холла с магнитным полем с током возбуждения для датчика Холла AlGaN / GaN до и после облучения с флюенсом протонов 10 14 см-2. Предоставлено: Технологический университет Тоёхаси.

Кроме того, на подвижность электронов и двумерную электронную плотность датчиков AlGaN / GaN микро-Холла незначительно повлияла доза протонов 1×10 ¹³ см ^-2 при 380 кэВ.

Исследователи активно ищут промышленных партнеров для использования надежных свойств датчиков Холла 2DEG-AlGaN / GaN 2DEG для работы при высоких температурах и в жестких радиационных средах.

Возможное применение включало отображение ферромагнитных доменов на поверхности постоянных магнитов. Адарш Сандху продемонстрировал визуализацию магнитных доменов в ферромагнитных материалах с помощью микро-датчика Холла AlGaN / GaN в высокотемпературном сканирующем зондовом микроскопе Холла (SHPM).

---

IMEC демонстрирует рост GaN-транзисторов с высокой подвижностью электронов на кремнии 150 мм

---

Дополнительная информация: 1. С. Коиде, Х. Такахаши, А. Абдеррахман, И. Шибасаки, А. Сандху, Высокотемпературные датчики Холла, использующие структуры AlGaN / GaN HEMT, Серия конференций по физике в журнале Института физики (в печати)

2.Т. Ямамура, Д. Накамура и А. Сандху, Высокая чувствительность и количественные измерения магнитного поля при 600 ℃. J. Appl. Phys. 99, 08B302 (2006)

3. Примадани З., Осава Х. и Сандху А. Высокотемпературная сканирующая зондовая микроскопия Холла с использованием двумерных зондов Холла с электронным газом AlGaN / GaN. J. Appl. Phys. 101, 09К105 (2007).

Предоставлено Технологический университет Тоёхаси

Ссылка : Датчики магнитного поля на эффекте Холла для высоких температур и вредных радиационных сред (22 марта 2012 г.