【導讀】霍爾效應傳感器為位置感測提供了高效的解決方案。使用霍爾傳感器，傳感器和運動部件之間沒有機械連接，因此可以獲得更高的可靠性和耐用性。
霍爾效應傳感器為位置感測提供了高效的解決方案。使用霍爾傳感器，傳感器和運動部件之間沒有機械連接，因此可以獲得更高的可靠性和耐用性。
有幾種不同的磁傳感器配置可用于基于霍爾效應的位置感測應用。在本文中，我們將研究一種可以產生線性高斯與距離曲線的滑動磁配置。我們還將看到可以使用磁鐵組合來調整高斯與距離曲線的斜率。
線性度可能是一個決定因素
在上一篇文章中，我們研究了簡單的正面和側滑配置。這兩種布置如圖 1 所示。
圖1(a)。正面和(b)滑動感應。
我們看到感測場和距離之間的關系在上述安排下是非線性的。這些磁傳感器配置通常用作精度要求不是非常苛刻的應用中的接近檢測器。
然而，當需要沿傳感行程對位置進行精細控制時，我們更愿意在傳感器輸出和位移之間建立線性關系。事實上，雖然我們可以使用軟件來消除傳感器線性誤差，但線性響應是可取的，因為它可以提高測量精度并便于系統校準。
線性滑動感應
圖 2(a) 顯示了一種滑動排列，它在感測磁場的 z 分量與磁體位移之間呈現線性關系。圖 2(b) 顯示了磁通密度（在 z 軸方向）與磁體行程的關系。
圖2(a)。具有線性響應的滑動配置(b)磁通密度與磁鐵位置
當磁鐵位于傳感器的左側（x<0）時，磁鐵的磁場線會產生一個與 z 軸方向相反的分量。請注意，磁力線從磁鐵的北極到南極。
圖 3 顯示了穿過傳感器的磁力線之一。
圖 3.通過霍爾效應傳感器的磁力線方向
因此，對于 x<0，感測磁場的 z 分量為負。當磁鐵到達中心位置時，z 方向的磁場將為零。對于正位移（x>0），磁場會產生z軸方向的分量（正磁場）。對于任一方向的大位移，較少數量的場線可以通過傳感器。因此，傳感器感測到的磁場減小。
這種布置的關鍵特征之一是磁場的 z 分量與原點周圍的位移呈線性關系。該線性范圍如圖 2(b) 所示。線性區域的長度略小于磁體的長度。例如，對于 22 毫米的磁體，線性區域可以從大約 -10 毫米擴展到 +10 毫米。這種線性行為使我們能夠更輕松、更準確地檢測移動物體的位置。
如果我們需要更大的線性范圍怎么辦？
我們可以使用更長的磁鐵來增加上述配置的線性范圍；但是，某些應用無法在系統中容納大磁鐵。此外，對于長磁鐵，成本可能是一個限制因素。如果需要檢測比磁鐵長度更長的行程，我們可以使用傳感器陣列來擴展測量范圍。如圖 4 所示。
圖 4.使用多個霍爾效應傳感器來增加線性范圍
在這種情況下，我們需要處理來自多個傳感器的數據以找到物體位置。有關詳細信息，請參閱此TI 應用說明。
檢測物體的存在
圖 2 中的滑行配置也可用于檢測對象的存在（而不是確定對象在其行程中的位置）。假設在圖 2(a) 所示的示例中，磁鐵從左到右平行于 x 軸移動。假設我們的數字（開/關）霍爾效應傳感器的磁性操作點和釋放點如圖 5 所示。
圖 5.使用滑行配置進行開/關檢測
隨著磁鐵從左到右接近傳感器，磁場強度變得越來越大。在 D2 處，感測到的磁場等于開啟傳感器的磁工作點。將磁鐵靠近傳感器會產生更大的磁場并使傳感器保持開啟狀態。
現在，如果我們朝相反的方向（從右到左）移動傳感器，磁場就會減弱。在 D1 處，磁場變得小于關閉傳感器的釋放點。這使我們能夠檢測到對象的存在。我們還可以使用此結構在對象筆劃中定義一個參考點（傳感器的切換點）。
根據圖5中的磁通密度與距離曲線，給定的磁通密度可以由兩種不同的位移產生。這就是為什么上述布置通常用于機械結構以傳感器切換只能在一個特定位移處發生的方式限制物體行程末端的應用。這可以防止在解釋結果時出現任何歧義。
增加高斯與距離曲線的梯度
我們在上面討論過，數字（開/關）霍爾效應傳感器可以與滑動配置一起使用，以定義物體行程中的參考點。如果我們可以增加高斯與距離曲線的斜率，我們可以更地檢測參考點。
斜率越大，給定位移導致磁場強度變化越大，傳感器更容易檢測到。圖 6(a) 顯示了一個磁系統，其斜率大于圖 2(a) 中配置的斜率。
圖 6.使用多個磁鐵提高場強分辨率
在這種情況下，一對磁鐵的北極和南極相對于傳感器移動。總磁場由兩個磁鐵的磁力線決定。在這種布置中，距離是相對于磁體對的中心測量的。圖 6(b) 顯示了感應磁場的 z 分量與距離的關系。在中心位置 (x=0)，穿過傳感器的一個磁體北極的磁力線數等于另一個磁體南極的磁力線數。因此，凈磁通密度為零。
假設我們將磁鐵從中心位置向右移動 (x>0)。這突然增加了來自南極的磁力線的數量，并產生了具有正 z 分量的磁場。類似地，當我們將磁鐵從中心位置 (x<0) 向左移動時，我們會獲得一個具有負 z 分量的相對較強的磁場。在原點附近，曲線的梯度高于圖 2(a) 中的滑行配置，因為從北極到南極的過渡是突然發生的。高斯與距離曲線的這種相對較大的斜率可以幫助我們更準確地定義移動物體的參考位置。
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