A joystick használata során általában két módja van az analóg kimeneti jel elérésének: Hall-érzékelő forma és potenciométer típus.
1, Ez a cikk a Hall érzékelő alapvető megvalósítási elvét, a 2D Hall és a 3D Hall közötti különbségeket, előnyöket és hátrányokat kívánja tisztázni.
A Hall-effektus meghatározása:
A Hall-effektust Hall fizikus fedezte fel 1879-ben. Ez határozza meg a mágneses tér és az indukált feszültség közötti kapcsolatot. Ez a hatás teljesen eltér a hagyományos elektromágneses indukciótól.
——Kép az internetről
Amint fentebb látható, amikor az elektromos áram áthalad egy mágneses térben lévő vezetőn (az árnyékolt felületen), a mágneses tér az elektronok mozgásának irányára merőleges erőt fejt ki a vezetőben lévő elektronokra, ami potenciálkülönbséget eredményez. mindkét irányban merőleges a vezetőre és a mágneses induktivitás vonalára.
Ha az áram irányára merőleges mágneses mezőt alkalmazunk a félvezetőre, a félvezetőben lévő elektronokat és lyukakat a Lorentz-erő különböző irányokba vonzza, és különböző irányokba aggregálódik. Az összegyűjtött elektronok és a lyukak között elektromos mező keletkezik. Miután az elektromos térerő és a Lorentz-erő kiegyensúlyozott, többé nem aggregálódnak. Ebben az esetben az elektromos tér a következő elektronokat és lyukakat az elektromos térerőnek teszi ki, és kiegyenlíti a mágneses tér által generált Lorentz-erőt, így a következő elektronok és lyukak simán, eltérés nélkül áthaladhatnak, ami a Hall-effektus. . A két oldal közötti feszültségkülönbséget Hall-feszültségnek nevezzük.
Sematikus ábrája
Az elektron potenciálkülönbséget hoz létre a mágneses térben, ami Lorentz-erőt eredményez
Lorentz-erő F=qE plusz qvB/c
Tehát a Hall mező
UH=RH·I= -B·I /(q·n·c)
Hall-effektus alkalmazása:
Bár a Hall-effektust korábban felfedezték, az állandó mágnesek és az elektronikus alkatrészek fejlesztése korlátozta. A Hall-érzékelők először az 1970-es években jelentek meg.
Az alap Hall érzékelőt rendkívül megbízható Hall chip integrált áramkörnek tervezték, a szilícium egykristályos anyagból készült áramköri chipet légmentesen záródó csomagolószerkezetbe csomagolva.
Az áramkör-tervezési problémák miatt azonban az első alkalommal használt Hall chip nagy feszültségváltozásokat produkál a hőmérséklet eltolódása miatt, ami a tényleges ipari környezetben nem alkalmazható.
Később, egészen az 1990-es évekig, egyes vállalatok, például az MLX, hőmérséklet-kompenzációs áramköröket használtak a hőmérséklettel kapcsolatos paraméterek hatásának ellensúlyozására a mágneses tér számítási képletében, így a mágneses tér nem változik a hőmérséklettel. Ezen túlmenően a Hall chip programozható működést valósított meg, amihez nem szükséges a Hall chip által beállított analóg kimenetet a használati követelményekhez igazítani, és jelentősen kibővíti a Hall chip használati forgatókönyvét és hatókörét.
A Hall chipet széles körben kezdték használni az ipari és járműkörnyezetben, az elmozdulás és az elfordulási szög paramétereinek megítélésére és analóg kimenetre való átalakítására használták.
Az MLX Company-t követően számos hazai és külföldi IC-gyártó csatlakozott a Hall chip fejlesztéséhez. A most használt hagyományos Hall chip általában több Hall chipből készül, amelyek a redundancia megítéléséhez egymásra vannak helyezve, ami nagymértékben javítja az analóg kimenet felbontását és pontosságát.
Hall használata a fogantyúban:
A korai ipari fogantyúk analóg kimenetet értek el a fogantyú forgó szerkezetén keresztül, ami a golyót megnyomva meghajtotta a hidraulikus szelepet. Hiányosságok lesznek az intelligens vezérlésben és a logikai tervezésben, és a hidraulikus berendezésben elkerülhetetlenül olajszivárgási jelenség jelentkezik, ami nem használható magas szennyezettségi követelmények mellett, vagy tiszta környezetet igénylő helyszínen.
A golyóforma hidraulikus használata
——Kép az internetről
A Hallt először a Danfoss német gyártó használta a joystickban. Fő termékei a JS1, JS1000 és így tovább.
A fogantyúban általában a Hall chip gyártókat használják, beleértve az MLX, TI, McGahn és így tovább.
A 2D síkcsarnok és a 3D csarnok között különbségek vannak a különböző felhasználási módok szerint.
A 2D Hall és a 3D Hall közötti különbség:
Normális esetben a Hall használata a fogantyúban forgó, eltolásos és lengésre oszlik. A forgó típus a 2D Hall, az elmozduló és lengő típus pedig a 3D Hall.
* Vegye figyelembe a mágneses acél használatát:
A Csarnok formájától függetlenül két kritikus ellenőrzési követelmény van a csarnok munkájának stabilitásának eléréséhez.
Az első a mágneses acél és a Hall középpontja közötti távolság, amely a különböző Hall chip modellektől függően változik. Általában körülbelül 1-5 mm.
A második a mágneses acél mágnesezési mérete, a Hall chip modellje szerint eltérő, általában több tucat mT és több száz mT.
Ha a két paraméter közül valamelyik a tartományon kívül esik, vagy az eltérés nagy, az a Hall chip instabilitását okozza, ami kimeneti mutációt vagy kimeneti eltérést eredményez.
Ezenkívül a mágneses acél általában nem okoz kimeneti eltérést a lemágnesezés miatt hosszú távú használata során, és kulcsparamétere a mágneses acél koercitivitása. A koercitivitás arra utal, hogy a mágneses indukció intenzitása B nem tér vissza nullára, amikor a mágneses anyagok telítési mágnesezése után a külső mágneses tér nullára tér vissza. Csak egy bizonyos méretű mágneses mező hozzáadásával az eredeti mágnesezettségi térrel ellentétes irányban térhet vissza a mágneses indukció intenzitása nullára, amit koercitív mágneses térnek vagy koercitív erőnek nevezünk.
Általában a mágneses acél koercitivitásához 850KA/m vagy annál nagyobb Hcb szükséges; Belső koercitív Hcj Nagyobb vagy egyenlő, mint 955KA/m. A fő befolyásoló tényező a mágneses acél anyaga. Általában a ferrit anyag koercitivitása kicsi, ami a mágneses acél lemágnesezéséhez vezet hosszú ideig. És az NdFeb anyag koercitivitása nagyobb, általában nem hosszú ideig tartó magas hőmérsékleten (60-80 fok felett) a használati feltételek mellett, körülbelül öt-tíz éves használat több mint elegendő.
A fogantyúhoz használt mágneses acél általában N35 Ndfeb mágneses acél.
A mágneses acél további szabályozott elemei a remanencia Br és a maximális mágneses energiatermék BH(max).
1. Forgó típus:
A Rotary Hall általában a forgástengely közepére van beállítva, és a mágnesezés iránya radiális. A fogantyú tengelyének elforgatásakor a Hall feszültség keletkezik a Hall érzékelőn keresztüli mágneses fluxus változása miatt.
Ennek a felhasználási módnak az előnyei a következők:
1. Jó feszültségszimmetria;
2. Alacsony megvalósítási nehézség;
3. Kéttengelyes fogantyú esetén az XY tengely interferenciája kicsi;
4. Az egytengelyű fogantyú kevesebb helyet foglal.
5. Alacsony mágnesezési nehézség.
6. Az elforgatási szög nagy lehet (360 foknál kisebb)
A hátrányok a következők:
1. Amikor a kéttengelyes fogantyú megvalósul, viszonylag nagy helyet kell foglalnia;
2. A forgás közepén kell használni.
Forgatás típusa
1. Eltolási képlet:
Általában az elmozdulás használata a 3D Hall használata is, például az első zászlós MT1531 chip. Általában a mágnesezés iránya radiális. Ily módon a mágneses téracélnak 0mT mágneses fluxussal kell rendelkeznie a középpontban, ami mindkét oldalon maximális. Ha a mágneses acélt ilyen módon mágnesezzük, akkor a mágnesszalagos acél vagy az ívelt mágneses acél mindkét oldalán meg kell felelni a mágnesezési egyenletességnek. Ha a mágneses méret eltérő, akkor a mágneses fluxus eloszlása egyenetlen lesz, ami a fogantyú megrázásakor a kimenet lineáris eltérését eredményezi mindkét oldalon.
Előnyök:
1. A szerkezet egyszerű, és a kiszorítási csarnok ára alacsony;
2. A nehezen a forgásközéppontba helyezhető mágneses acél szerkezeti fázisa jobb;
3. Rugalmas szerkezet, több fajta szerkezetre képes.
Hátrányok:
1. A mágneses acélnak mágnesezési szimmetriára van szüksége;
2. Általában nagyon nehéz megvalósítani az eltolási képlet lineáris szimmetriáját;
3. Az elforgatási szög ne legyen túl nagy; (általában nem haladja meg a 40 fokot)
——Kép az MLX90333 specifikációból
1. A hinta típusa:
Az oszcilláló csarnok a biaxiális csarnok gyakori megvalósítása. Egy chip kéttengelyes vagy akár többtengelyes kimenetét valósítja meg, ha több Hall chipet helyez egy Hall-érzékelőre.
Általában a mágneses acélmágnesezés iránya axiális mágnesezés, és a körkörös mágneses acél tengelyirányú mágnesezése nagymértékben csökkenti a mágnesezés nehézségét.
——Kép az MLX90333 specifikációból
A Hall érzékelők esetében, bár egyetlen 3D chip drágább, mint egy 2D chip, a biaxiális kimenet megvalósításának költsége viszonylag alacsonyabb, mint két 2D chip használata.
Előnyök:
1. A mágneses acélnak alacsony a mágnesezési nehézsége. Alacsony összeszerelési nehézség;
2. A biaxiális megvalósítási költség alacsony;
3. A fogantyú vízszintes tere kevésbé foglalt;
Hátrányok:
1. A Hall folt eltolási követelménye viszonylag magas, és az SMT eltolási követelménye általában nem több, mint a hegesztési láb 1/2-e; Ellenkező esetben nagy biaxiális interferencia lép fel (azaz az egyik tengely megnyomásakor a másik tengely kimeneti ingadozásai vannak, a 3D Hall nem tudja elkerülni a biaxiális interferenciát, de általában a kimeneti eltérési tartományon belül minősítettnek minősül)
2. Az egytengelyű teljesítmény elérésének költsége magasabb lesz;
3. Az elforgatási szög kisebb, mint az elmozdulás típusa (általában nem több, mint 30 fok);
A Shanghai Chen Gong Electric Control HJ8 fogantyúja az MLX90333 3D csarnokát használja.
Ii. A Hall kimeneti eltérését befolyásoló tényezők:
Általánosságban elmondható, hogy a Hall kimeneti feszültséget befolyásoló tényezők főként a következő okok. Általánosságban elmondható, hogy mivel a chip ritkán romlik el, a kimeneti feszültség eltérésének okait elsősorban a mágneses fluxus változásaiból elemezzük:
1. Mágneses acél okozta változások a mágneses fluxusban:
A mágneses acél különböző okok miatt megváltoztatja a mágneses fluxust és így a kimeneti feszültséget is, például:
V. A gyenge védelem a vaspor adszorpciójához vezet a mágneses acélon, ami a mágneses fluxus megváltozását eredményezi.
B. A mágneses acél helytelen rögzítése a mágneses acél meglazulásához vezet;
C. Rejtett repedések keletkeznek, amikor mágneses acélt szegecselnek vagy rögzítenek, ami repedésekhez és a mágneses fluxus megváltozásához vezethet magas és alacsony hőmérsékleten.
Az elkerülés módjai:
Ezeket a tényezőket elemezni kell, és a fejlesztési intézkedéseket követni kell a tervezés és a folyamat FEMA-jában.
2. Külső okok által okozott mágneses fluxus változások:
Általában a Hall chipen áthaladó mágneses fluxus a külső mágneses mező vagy feszültséghatás által okozott áramköri ingadozások miatt változik, így befolyásolva a kimenetet.
Az elkerülés módjai:
EMC tesztet végeztek, és árnyékolást használtak a Hall chip árnyékolásának növelésére.
3. Mechanikai szerkezet okozta kimeneti eltérés:
Hosszú távú használat után a mechanikai hézag növekedése a kimeneti eltérés növekedéséhez vezet.
Az elkerülés módjai:
Optimalizálja a szerkezeti tervezést.
4. Nem szabályozott külső bemeneti feszültségű tápegység:
Általánosságban elmondható, hogy a Hall-fogantyú gyártójának névleges Hall bemeneti feszültsége 5.0Vdc±0,5 V, de a gyakorlatban ez a feszültség a Hall-érzékelőt meghajtó feszültségre vonatkozik. Ha a kalibrációs kimeneti feszültség értéke 0,5~2,5V~4,5V kimenet, bemeneti feszültség 5,5V, akkor a medián kimeneti feszültség 2,75V lesz, ami meghaladja a medián követelmények tartományát. Ezért az ügyfeleknek általában azt mondják, hogy szabályozott tápegységet használjanak. A tápegység eltérése általában ±0.2V, a legjobb ±0.1V tartományban.