霍尔效应磁性设计：正面和侧滑配置

了解霍尔效应如何用于位置传感应用。

位置感测是霍尔效应传感器最重要的应用之一。霍尔效应器件可感应外加磁场的强度。为了检测物体的位置，我们可以在物体上贴一个小的永磁体。当物体相对于霍尔器件移动磁铁时，磁场强度会发生变化。系统可以处理这些变化以检测对象位置。

有多种不同的传感器-磁铁配置可用于基于霍尔效应的位置传感应用。对于每个传感器磁铁配置，磁铁以不同的方式相对于传感器移动。这会影响霍尔器件感测的磁场并改变系统特性。

在本文中，我们将了解一些用于基于霍尔效应的位置传感的基本磁性配置，并讨论它们的优缺点。

正面配置

最简单的磁性配置是图1所示的正面感应。

图 1。

在这种情况下，磁铁的南极直接朝向或远离传感器移动。当磁铁非常靠近传感器时，更多的磁力线会通过传感器的感应面。然而，随着磁体南极远离传感器，磁场强度迅速下降，如图1（b）所示。

请注意，高斯与距离曲线有时称为结构的通量图。正面配置的磁通密度与磁铁和传感器之间的距离的平方成反比。图 1(b) 中给出的磁通值可以由一个长约 30 毫米、直径约 6 毫米的磁铁产生。

应用：检测物体的存在

正面配置可与数字（开/关）霍尔效应传感器一起使用，以检测物体的存在。假设传感器的磁操作和释放点如图1（b）所示。磁性工作点指定了霍尔器件开启时的强化磁场水平。磁性释放点对应于霍尔器件关闭时减弱的磁场。

随着磁铁靠近传感器，磁场强度变得越来越大。在大约 3.1 毫米的距离处，感测到的磁场等于开启传感器的磁工作点（在我们的示例中约为 620 高斯）。将磁铁靠近传感器会产生更大的磁场并使传感器保持开启状态。当传感器远离磁铁时，磁场减小。

但是，只要磁场不小于释放点（在我们的示例中约为 420 高斯），传感器就会保持开启状态。只有当磁场低于释放点时，设备才会关闭。这样，我们就可以检测到物体的存在。

正面感知的局限性

这种配置不太精确，尤其是在使传感器关闭的距离方面。这是因为通量图（高斯与距离曲线）的斜率在释放点附近较小。磁性释放点的值的给定变化可能导致传感器关闭的距离值的相对较大的变化。磁工作点的相同变化导致更小的距离变化。如图 2 所示。

图 2

对于如图 2 所示的假设传感器，假设操作点和释放点的单元间变化为 ΔB。由于曲线在磁操作点处具有更大的斜率，因此 Δd1 远小于 Δd2。因此，不同板间磁操作点对应的距离会更加一致。

另一个缺点是正面感应不能用于检测大位移范围，因为磁场线衰减非常快。此外，对于正面配置，感测场和距离之间的关系是非线性的。当需要线性位置测量时，这使得检测长行程运动变得具有挑战性。由于这些限制，正面感应通常在精度要求不高的应用中用作接近检测器。

单极滑动传感

在这种布置中，磁体的单极侧向移动经过传感器的感测面。如图 3(a) 所示。

图 3

磁极在经过传感器时处于恒定的垂直距离（如图中的“气隙”所示）。在中心位置（距离=0），感测到的磁场最大。随着磁铁远离传感器，磁场会减小。由于磁铁产生的磁场是对称的，因此磁通量图围绕原点对称，如图3(b)所示。

通量图的峰值随“气隙”值的变化而变化，如图 4 所示。

图 4。 图片由 Allegro 提供。

正面配置还是侧滑配置？

需要注意的是，磁性配置的选择取决于被检测的运动类型。每个系统可能有一组不同的机械限制和功能。例如，在正面配置中，物体不能移动通过传感器。这种安排适用于被检测物体具有明确终点位置的应用，并且我们有兴趣检测该终点处物体的存在/不存在。

例如，正面感应可能是检测智能手机盖的盖子是打开还是关闭的不错选择。滑动感应没有这个限制；无论物体是否经过传感器，它都可以使用。

侧滑配置的一个有趣特征是它的对称性。由于该结构的高斯与距离曲线围绕原点对称，因此操作点和释放点不取决于我们是朝向还是远离传感器移动。这在检测与中心线的偏差时很有用。

请注意，还有其他滑动配置，其中一些不提供对称响应。在下一篇文章中，我们将介绍霍尔效应位置传感应用中常用的更复杂的磁性配置。

要查看我的文章的完整列表，请访问此页面。