홀 효과 자기 설계:정면 및 슬라이드 바이 구성

홀 효과가 위치 감지 애플리케이션에서 어떻게 사용되는지 알아보십시오.

위치 감지는 홀 효과 센서의 가장 중요한 응용 분야 중 하나입니다. 홀 효과 장치는 적용된 자기장의 강도를 감지합니다. 물체의 위치를 ​​감지하기 위해 작은 영구 자석을 물체에 부착할 수 있습니다. 물체가 홀 소자와 관련하여 자석을 움직이면 자기장의 강도가 변합니다. 이러한 변경 사항은 시스템에서 처리하여 물체 위치를 감지할 수 있습니다.

홀 효과 기반 위치 감지 애플리케이션에 사용할 수 있는 여러 가지 센서-자석 구성이 있습니다. 각 센서-자석 구성에서 자석은 센서와 관련하여 다른 방식으로 움직입니다. 이것은 홀 소자가 감지하는 자기장에 영향을 미치고 시스템 특성을 변경합니다.

이 기사에서는 홀 효과 기반 위치 감지에 사용되는 몇 가지 기본 자기 구성을 살펴보고 장점과 단점에 대해 논의합니다.

헤드온 구성

가장 간단한 자기 구성은 그림 1에 표시된 정면 감지입니다.

그림 1.

이 경우 자석의 남극이 센서 쪽으로 직접 이동하거나 센서에서 멀어집니다. 자석이 센서에 매우 가까울 때 더 많은 수의 자속선이 센서의 감지면을 통과합니다. 그러나 자석의 S극이 센서에서 멀어질수록 자기장 강도는 그림 1(b)와 같이 급격히 감소합니다.

가우스 대 거리 곡선은 때때로 구조의 플럭스 맵이라고 합니다. 정면 구성의 자속 밀도는 자석과 센서 사이의 거리의 제곱에 반비례합니다. 그림 1(b)에 주어진 자속 값은 길이가 약 30mm이고 직경이 약 6mm인 자석에 의해 생성될 수 있습니다.

응용 프로그램:물체의 존재 감지

헤드온 구성은 디지털(ON/OFF) 홀 효과 센서와 함께 사용하여 물체의 존재를 감지할 수 있습니다. 센서의 자기 작동 및 해제 지점은 그림 1(b)와 같다고 가정합니다. 자기 작동 지점은 홀 장치가 켜지는 강화 자기장의 수준을 지정합니다. 자기 해제 지점은 홀 장치가 꺼지는 약해지는 자기장에 해당합니다.

자석이 센서에 접근함에 따라 자기장 강도는 점점 더 커집니다. 약 3.1mm의 거리에서 감지된 자기장은 센서를 켜는 자기 작동 지점(이 예에서는 약 620가우스)과 동일합니다. 자석을 센서에 더 가까이 가져오면 더 큰 자기장이 발생하고 센서가 켜진 상태로 유지됩니다. 센서가 자석에서 멀어지면 자기장이 감소합니다.

그러나 자기장이 릴리스 포인트(이 예에서는 약 420가우스)보다 작지 않은 한 센서는 켜진 상태를 유지합니다. 자기장이 릴리스 포인트 아래로 떨어질 때만 장치가 꺼집니다. 이러한 방식으로 물체의 존재를 감지할 수 있습니다.

헤드온 센싱의 한계

이 구성은 특히 센서를 끄는 거리 측면에서 덜 정확합니다. 이것은 플럭스 맵의 기울기(가우스 대 거리 곡선)가 릴리스 포인트 주변에서 더 작기 때문입니다. 자기 방출 지점 값의 주어진 변동은 센서가 꺼지는 거리 값의 상대적으로 큰 변동으로 이어질 수 있습니다. 자기 작동점의 동일한 변동은 더 작은 거리 변동으로 이어집니다. 이것은 그림 2에 나와 있습니다.

그림 2

그림 2와 같이 가상 센서에 대해 작동 및 해제 지점의 단위 대 단위 변동이 ΔB라고 가정합니다. 곡선은 자기 작동 지점에서 더 큰 기울기를 가지므로 Δd₁ Δd₂보다 훨씬 작습니다. . 따라서 자기 작동 지점에 해당하는 거리는 서로 다른 보드 간에 더 일관성이 있습니다.

또 다른 단점은 자기장 라인이 매우 빠르게 감쇠하기 때문에 전면 감지는 큰 변위 범위를 감지하는 데 사용할 수 없다는 것입니다. 게다가 정면 구성에서는 감지된 필드와 거리 사이의 관계가 비선형적입니다. 따라서 선형 위치 측정이 필요할 때 긴 스트로크 움직임을 감지하기가 어렵습니다. 이러한 제한으로 인해 정면 감지는 일반적으로 정확도 요구 사항이 그다지 까다롭지 않은 애플리케이션에서 근접 감지기로 사용됩니다.

단극 슬라이드 바이 감지

이 배열에서 자석의 단일 극은 센서의 감지면을 지나 옆으로 움직입니다. 이것은 그림 3(a)에 나와 있습니다.

그림 3

자극은 센서를 지나 이동할 때 일정한 수직 거리(그림에서 "에어 갭"으로 표시)에 있습니다. 중심 위치(거리=0)에서 감지된 자기장은 최대입니다. 자석이 센서에서 멀어지면 자기장이 감소합니다. 자석에 의해 생성된 자기장은 대칭이므로 자속 맵은 그림 3(b)와 같이 원점을 중심으로 대칭입니다.

플럭스 맵의 피크 값은 그림 4와 같이 "에어 갭" 값에 따라 변경됩니다.

그림 4. 이미지 제공:Allegro.

헤드온 또는 슬라이드 바이 구성?

자기 구성의 선택은 감지되는 동작 유형에 따라 다릅니다. 시스템마다 기계적 제한 사항 및 기능이 다를 수 있습니다. 예를 들어 정면 구성에서는 물체가 센서를 지나칠 수 없습니다. 이 배열은 감지되는 물체가 명확한 끝 위치를 가지고 있고 이 끝점에서 물체의 존재/부재를 감지하는 데 관심이 있는 애플리케이션에 적합합니다.

예를 들어, 정면 감지는 스마트폰 덮개의 덮개가 열려 있는지 닫혀 있는지 감지하는 데 좋은 선택일 수 있습니다. 슬라이드 바이 감지에는 이러한 제한이 없습니다. 물체가 센서를 지나치든 움직이지 않든 상관없이 사용할 수 있습니다.

슬라이드 바이 구성에 대한 한 가지 흥미로운 기능은 대칭입니다. 이 구조의 가우스 대 거리 곡선은 원점을 중심으로 대칭이기 때문에 작동 및 해제 지점은 우리가 센서를 향해 이동하는지 또는 센서에서 멀어지는지에 따라 달라지지 않습니다. 이것은 중심선으로부터의 편차를 감지할 때 유용할 수 있습니다.

대칭 응답을 제공하지 않는 다른 슬라이드 바이 구성이 있습니다. 다음 기사에서는 홀 효과 위치 감지 애플리케이션에서 일반적으로 사용되는 보다 정교한 자기 구성을 살펴보겠습니다.

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