2.2 磁传感器:锁存器和开关 - 操作和释放点

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[音乐播放] 大家好,欢迎观看此 TI 高精度实验室 系列关于磁位置传感的另一个视频。 我叫 Manny Soltero。 霍尔效应开关和锁存器可实现 简单、紧凑、可靠且具有成本效益的 非接触式运动传感解决方案。 这些器件在各种机电系统中 正迅速得到普及, 用于检测物理量的变化, 如距离、角度、压力、液位、 流速等。 在本视频中,我们将介绍一些用于说明 霍尔效应开关和锁存器之间的 相似点和不同点的基本特性,以及用于简化 其与典型应用进行集成的设计流程。 我们首先了解一下基本概念。 霍尔效应开关和锁存器 是一类霍尔效应磁传感器, 它将通常称为B 场的磁通密度信号 转换为 1 位数字输出。 这些器件通常与永磁体一起使用, 以实现非接触式运动传感应用。 霍尔效应开关和锁存器具有方向性, 并沿其灵敏度轴感应 B 场 分量。 尽管某些专用器件可能具有 多达三个灵敏度轴。 但大多数器件具有一个轴灵敏度。 霍尔效应开关和锁存器感应 所应用的 B 场的不同属性。 开关感应振幅,而锁存感应极性。 当磁通线位于 灵敏度轴方向时, 极性被称为正。 否则,极性被称为负。 从行为的角度来看,霍尔效应开关和 锁存器本质上是具有迟滞功能的 磁比较器。 上开关阈值 BOP 称为操作点。 下开关阈值 BRP 称为释放点。 阈值之间的绝对差值 是比较器的迟滞。 迟滞表示输入必须在相对于 阈值的相反方向上改变 以使输出状态改变的量。 开关和锁存器对入射磁场 有类似的响应。 输入幅度超过 BOP 时 输出电压低,输入幅度小于 BRP 时 输出电压高。 开关和锁存器之间的行为差异 是由于其磁阈值的极性所造成。 开关具有相同极性的 BOP 和 BRP, 即使极性保持不变,也能检测 B 场 振幅的变化。 另一方面,锁存器的 BOP 和 BRP 极性相反,只要 B 场振幅足够大, 就能检测 B 场 极性的变化。 现在我们来看看典型的应用。 霍尔效应开关主要用于 接近感应,因为它们对 B 场 振幅很敏感。 在典型情况下,永磁体沿传感器的 灵敏度轴 向任一方向移动。 该设计要求选择一个传感器和磁体, 以便当磁体处于距传感器的 指定距离 d1 和 d2 时, 传感器输出切换。 传感器的选择由简单的一阶分析驱动, 该分析主要基于以下观察: 传感器位置处的 B 场振幅近似地随 与磁体距离的平方反比而变化。 分析生成方程式 2, 建立传感器选择标准。 下面一个示例,说明了传感器选择标准 在 DRV5032 系列 霍尔效应开关中的应用。 假设开关距离 d1 等于 2 毫米且 d2 等于 6 毫米, 则 BOP 最大值除以 BRP 最小值 小于 9 的传感器很可能是合适的。 计算所有现有DRV5032 型号的 开关阈值之比,可以看出只有 DRV5032DU、AJ 和 ZE 版本符合传感器选择标准。 这意味着可以选择一个磁体, 使这些器件的输出 在所需的开关距离上切换。 完成传感器选择后,现在必须选择 合适的磁体。 磁体选择需要一些迭代。 我们的在线磁场计算器 极大地简化了选择过程。 计算器将磁体几何结构和材料 类型作为输入,并计算出 距离磁体南北轴不同距离处的 B 场振幅, 以毫特斯拉为单位。 假设为该应用选择了 DRV5032AJ, 我们调整磁体性能,直到 2 毫米处的 B 场振幅大于9.5 毫特斯拉的 BOP 最大值, 6 毫米处的 B 场振幅 小于 3 毫特斯拉的BRP 最小值。 显然,直径约为 1.7 毫米、 厚度约为 1.7 毫米的圆柱形铁氧体 磁体可满足DRV5032DU 和 AJ 版本 所需的开关距离。 霍尔效应锁存传感器主要用于 编码旋转和其他类型的周期性运动。 增量旋转编码用于解析 旋转轴角度的变化。 固定在旋转轴上的磁体 将角度信息转换成旋转磁场, 旋转时磁场会改变极性和大小。 放置在旋转磁体附近的锁存传感器 将磁场极性变化转换为脉冲串。 因此,可以通过计算脉冲串中的边缘数 来估计角度的变化。 通过增加每 360 度周期的 极性变化次数可以改善分辨率。 这是通过增加磁极的数量来实现的。 增加传感器的数量也可以提高分辨率。 使用两个或更多的传感器可为 解析旋转方向 带来额外好处。 只要传感器位置的磁通密度幅度 超过传感器的BOP 最大规格, 磁体与传感器的接近程度便不再如此重要。 公式 3a、3b 和 4 可用于选择重要的设计参数。 现在我们来看一个例子, 其中设计要求目标角分辨率为 5 度, 最大角速度为 10000 RPM。 目标是选择极数、锁存传感器 数量和所需的 传感器采样率。 应用方程式 3a表明,至少需要 72 次转换 才能达到 5 度最小角度 分辨率。 如果我们使用两个传感器来支持轴方向, 那么磁体必须至少有 36 个磁极, 或者 18 个极对。 但是,如果只有20 极磁体可用, 则必须增加传感器的数量 以实现目标分辨率。 求解 M 的公式 3a 表明, 使用 20 极磁体需要最少 四个锁存传感器。 所需的采样率可直接从 方程式 4 中计算得出,并且许多器件 都满足这一要求,其中包括 DRV5011、DRV1513 和 DRV5015。 如需查找更多磁位置传感技术资源 和搜索产品,请访问
课程介绍 共计9课时,50分45秒

[高精度实验室] 磁传感器技术

Precision Labs 高精度实验室 霍尔 磁传感器 位置 TIPL

本视频介绍了霍尔效应、永磁体和各种磁性能。介绍霍尔效应传感器的好处。霍尔集成电路芯片相比霍尔效应分立元器件和不同类型的霍尔效应传感器有什么特点。

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