Зазвичай в процесі використання джойстика існує два способи отримання аналогового вихідного сигналу: форма датчика Холла і тип потенціометра.
1. Ця стаття має на меті роз’яснити основний принцип реалізації датчика Холла, відмінності, переваги та недоліки між 2D Холлом і 3D Холлом.
Визначення ефекту Холла:
Ефект Холла був відкритий фізиком Холом у 1879 році. Він визначає зв'язок між магнітним полем та індукованою напругою. Цей ефект повністю відрізняється від традиційної електромагнітної індукції.
——Зображення з Інтернету
Як показано вище, коли електричний струм проходить через провідник, розташований у магнітному полі (заштрихована поверхня), магнітне поле діє на електрони в провіднику перпендикулярно до напрямку руху електронів, що призводить до різниці потенціалів. в обох напрямках перпендикулярно до провідника і лінії магнітної індуктивності.
Коли до напівпровідника прикладено магнітне поле, перпендикулярне напрямку струму, електрони та дірки в напівпровіднику будуть притягуватися силою Лоренца в різних напрямках і агрегувати в різних напрямках. Між зібраними електронами та дірками буде створено електричне поле. Коли сила електричного поля та сила Лоренца врівноважені, вони більше не будуть агрегувати. У цьому випадку електричне поле змушуватиме наступні електрони та дірки піддаватися силі електричного поля та врівноважувати силу Лоренца, створювану магнітним полем, так що наступні електрони та дірки можуть проходити плавно без відхилень, що є ефектом Холла. . Різниця напруг між двома сторонами називається напругою Холла.
Принципова схема
Електрон створює різницю потенціалів у магнітному полі, в результаті чого виникає сила Лоренца
Сила Лоренца F=qE плюс qvB/c
Отже, поле Холла
UH=RH·I= -B·I /(q·n·c)
Застосування ефекту Холла:
Хоча ефект Холла був виявлений раніше, він був обмежений розробкою постійних магнітів і електронних компонентів. Датчики Холла вперше з'явилися приблизно в 1970-х роках.
Основний датчик Холла розроблений як високонадійна інтегральна схема на мікросхемі Холла, яка складається з кремнієвого монокристалічного матеріалу в повітронепроникну структуру упаковки.
Однак через проблеми зі схемотехнікою мікросхема Холла, яка використовується вперше, призведе до великих змін напруги через дрейф температури, що неможливо застосувати в реальному промисловому середовищі.
Пізніше, приблизно до 1990-х років, деякі компанії, такі як MLX, використовували схеми температурної компенсації, щоб компенсувати вплив пов’язаних з температурою параметрів у формулі розрахунку магнітного поля, щоб магнітне поле не змінювалося з температурою. Крім того, мікросхема Холла реалізувала програмовану роботу, яка не потребує адаптації аналогового виходу, встановленого мікросхемою Холла, до вимог використання, що значно розширює сценарій використання та область застосування мікросхеми Холла.
Мікросхема Холла стала широко використовуватися в промисловому та транспортному середовищі, використовувалась для визначення параметрів переміщення та кута повороту та перетворення їх у аналоговий вихід.
Слідом за компанією MLX багато виробників мікросхем у країні та за кордоном приєдналися до розробки чіпа Холла. Звичайний чіп Холла, який використовується зараз, зазвичай складається з кількох чіпів Холла, накладених один на одного для оцінки надлишковості, що значно покращує роздільну здатність і точність аналогового виведення.
Використання Холла в ручці:
Ранні промислові рукоятки досягали аналогового виходу завдяки обертовій структурі рукоятки, яка штовхала кулю для приводу гідравлічного клапана. Будуть недоліки в інтелектуальному управлінні та логічній конструкції, і гідравлічний пристрій неминуче матиме феномен витоку масла, який не можна використовувати в сцені з високими вимогами до рівня забруднення або в сцені, яка потребує чистого середовища.
Гідравлічне використання форми кулі
——Зображення з Інтернету
Холл вперше був використаний у джойстиках німецького виробника Danfoss. Його основною продукцією є JS1, JS1000 і так далі.
Виробники чіпів Холла зазвичай використовуються в ручці, включаючи MLX, TI, McGahn і так далі.
Існують відмінності між 2D площинним залом і 3D залом залежно від різних методів використання.
Різниця між 2D Hall і 3D Hall:
Зазвичай використання Холла в рукоятці поділяється на поворотне, переміщення та поворотне. Ротаційний тип — 2D Hall, а тип переміщення та повороту — 3D Hall.
* Зверніть увагу на використання магнітної сталі:
Незалежно від форми Холу, існують дві критичні вимоги до контролю для досягнення стабільності роботи Холу.
Перший — це відстань між магнітною сталлю та центром Холла, яка змінюється залежно від різних моделей мікросхем Холла. Зазвичай це приблизно 1~5 мм.
По-друге, розмір намагніченості магнітної сталі, відповідно до моделі чіпа Холла, відрізняється, як правило, від десятків до сотень мТл.
Якщо один із двох параметрів виходить за межі діапазону або відхилення велике, це спричинить нестабільність чіпа Холла, що призведе до мутації або відхилення вихідного сигналу.
Крім того, загалом магнітна сталь не спричиняє відхилення вихідного сигналу через розмагнічування під час тривалого використання, а її ключовим параметром є коерцитивна сила магнітної сталі. Коерцитивність означає, що інтенсивність магнітної індукції B не повертається до нуля, коли зовнішнє магнітне поле повертається до нуля після намагніченості насичення магнітних матеріалів. Тільки шляхом додавання магнітного поля певного розміру в напрямку, протилежному початковому полю намагніченості, інтенсивність магнітної індукції може повернутися до нуля, що називається коерцитивним магнітним полем або коерцитивною силою.
Загалом коерцитивна сила магнітної сталі вимагає Hcb більше або дорівнює 850KA/m; Внутрішня коерцитивна сила Hcj Більша або дорівнює 955KA/м. Основним фактором впливу є матеріал магнітної сталі. Як правило, коерцитивна сила феритового матеріалу невелика, що призведе до розмагнічування магнітної сталі протягом тривалого часу. І коерцитивна сила матеріалу NdFeb більша, як правило, нетривала висока температура (вище 60 ~ 80 градусів) за умов використання, використання приблизно від п'яти до десяти років більш ніж достатньо.
Магнітна сталь, яка використовується для ручки, зазвичай є магнітною сталлю N35 Ndfeb.
Іншими контрольованими елементами магнітної сталі є залишкова намагніченість Br і максимальний продукт магнітної енергії BH(max).
1. Роторний тип:
Поворотний зал зазвичай встановлюють в центрі осі обертання, а напрямок намагніченості радіальний. При повороті валу ручки утворюється напруга Холла за рахунок зміни магнітного потоку через датчик Холла.
Перевагами такого способу використання є:
1. Хороша симетрія напруги;
2. Низька складність реалізації;
3. У разі ручки з подвійним валом інтерференція осі XY невелика;
4. Одноосьова ручка займає менше місця.
5. Низька складність намагніченості.
6. Кут повороту може бути великим (менше 360 градусів)
Недоліки:
1. Коли реалізована двоосьова ручка, вона повинна займати відносно великий простір;
2. Необхідно використовувати в центрі обертання.
Тип обертання
1. Формула переміщення:
Зазвичай використання зміщення також є використанням 3D Холла, наприклад першого прапора чіпа MT1531. Зазвичай напрямок намагніченості радіальний. Таким чином, сталь магнітного поля повинна мати магнітний потік 0мТл у середній точці, який є максимальним з обох сторін. Коли магнітна сталь намагнічується таким чином, необхідно мати вимоги щодо рівномірності намагніченості з обох сторін смугової магнітної сталі або вигнутої магнітної сталі. Якщо магнітний розмір відрізняється, розподіл магнітного потоку буде нерівномірним, що призведе до лінійного відхилення вихідного сигналу з обох сторін, коли ручку трясуть.
Переваги:
1. Структура проста, а ціна залу переміщення низька;
2. Структурна фаза магнітної сталі, яку важко розмістити в центрі обертання, краще;
3. Гнучка структура, може робити більше різновидів структури.
Недоліки:
1. Магнітна сталь потребує симетрії намагнічування;
2. Загалом дуже важко реалізувати лінійну симетрію формули переміщення;
3. Кут повороту не повинен бути занадто великим; (зазвичай не перевищує 40 градусів)
——Зображення зі специфікації MLX90333
1. Тип гойдалки:
Осцилюючий зал є загальною реалізацією двовісного залу. Він реалізує двовісний або навіть багатоосьовий вихід одного чіпа шляхом накладення кількох чіпів Холла на датчик Холла.
Зазвичай напрям намагніченості магнітної сталі є осьовою намагніченістю, а осьова намагніченість круглої магнітної сталі значно зменшить складність намагніченості.
——Зображення зі специфікації MLX90333
Для датчиків Холла, хоча один 3D-чіп дорожчий, ніж 2D-чіп, вартість реалізації двовісного виводу відносно нижча, ніж використання двох 2D-чіпів.
Переваги:
1. Магнітна сталь має низьку складність намагнічування. Низька складність збірки;
2. Вартість двовісної реалізації низька;
3. Горизонтальний простір ручки менше зайнятий;
Недоліки:
1. Вимоги до зміщення патча Холла є відносно високими, а вимоги до зсуву для SMT, як правило, не перевищують 1/2 зварювальної ноги; В іншому випадку виникне велика двовісна інтерференція (тобто, коли натискається одна вісь, інша вісь має вихідні флуктуації, 3D Hall не може уникнути двовісної інтерференції, але, як правило, у межах вихідного діапазону відхилення вважається кваліфікованим)
2. Вартість досягнення одновісного виходу буде вищою;
3. Кут повороту менший, ніж тип переміщення (зазвичай не більше 30 градусів);
Ручка HJ8 Shanghai Chen Gong Electric Control використовує 3D Hall MLX90333.
II. Фактори, що впливають на вихідну девіацію Холла:
Загалом, факторами, які впливають на вихідну напругу Холла, є в основному такі причини. Загалом, оскільки мікросхема рідко виходить з ладу, причини відхилення вихідної напруги в основному аналізуються на основі змін магнітного потоку:
1. Зміни магнітного потоку, викликані магнітною сталлю:
Магнітна сталь змінює магнітний потік і, отже, вихідну напругу через різні причини, наприклад:
A. Поганий захист призводить до адсорбції порошку заліза на магнітній сталі, що призводить до зміни магнітного потоку.
Б. Неправильне закріплення магнітної сталі призводить до розбовтування магнітної сталі;
C. Приховані тріщини існують, коли магнітну сталь приклепують або фіксують, що може призвести до тріщин і змін магнітного потоку після високої та низької температури.
Способи уникнення:
Ці фактори необхідно проаналізувати та вжити заходів щодо вдосконалення проекту та процесу FEMA.
2. Зміни магнітного потоку, викликані зовнішніми причинами:
Як правило, магнітний потік через мікросхему Холла змінюється через флуктуації ланцюга, викликані впливом зовнішнього магнітного поля або напруги, що впливає на вихід.
Способи уникнення:
Було проведено випробування електромагнітної сумісності, і екранований екран використовувався для збільшення екранування мікросхеми Холла.
3. Вихідне відхилення, викликане механічною структурою:
Після тривалого використання збільшення механічного зазору призводить до збільшення вихідного відхилення.
Способи уникнення:
Оптимізуйте конструкцію конструкції.
4. Зовнішня вхідна напруга нерегульованого джерела живлення:
Загалом, номінальна вхідна напруга Холла виробника ручки Холла становить 5.0Vdc±0.5V, але на практиці ця напруга відповідає напрузі, яка керує датчиком Холла. Якщо значення вихідної напруги калібрування становить 0.5~2,5В~4,5В на виході, вхідна напруга 5,5В, тоді середня вихідна напруга становитиме 2,75В, що перевищує діапазон середніх вимог. Тому клієнтам зазвичай кажуть використовувати регульоване джерело живлення. Відхилення джерела живлення зазвичай становить ±0.2В з умовами в найкращому діапазоні ±0.1В.
