Датчики холла: Датчики Холла | Электронные компоненты. Дистрибьютор и магазин онлайн

Содержание

Датчики Холла Si72xx компании Silicon Labs

Датчики Холла Si72xx компании Silicon Labs

Компания Silicon Labs выпускает три линейки интегральных датчиков магнитного поля на эффекте Холла серии Si72xx. Они предназначены для реализации разнообразных датчиков и детекторов положения и перемещения. В сравнении с аналогичными решениями других производителей датчики Si72xx выделяются минимальным энергопотреблением и высокой чувствительностью.

 

 

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Среди датчиков Si72xx есть как типовые микросхемы с базовыми функциями, так и решения с различными дополнительными модулями, среди которых

  • встроенный датчик температуры, схема термокомпенсации,
  • поддержка режима пониженного энергопотребления,
  • встроенный цифровой фильтр,
  • функция автокалибровки (self-test),
  • блок контроля вмешательства (tamper detection), детектирующий аномально высокое магнитное поле,
  • цифровой интерфейс I²C для чтения данных и настройки параметров датчика.

На данный момент датчики доступны в корпусах SOT23 с тремя или с пятью выводами. В ближайшем будущем будут выпущены модели в корпусах DFN-8 и TO-92.

 

Датчики серии SI72xx чувствительны к магнитному полю, приложенному перпендикулярно к плоскости корпуса. Допустимые варианты расположение датчика относительно магнитного поля приведены на рисунках. Для детекторов движения, угла поворота, для контроля магнитного поля в 3D пространстве используют два или три датчика.

 

 

 

Датчики Холла SI72xx представлены следующими типами:

  • Биполярная защелка с гистерезисом (Триггер, Latch)

     

     

  • Униполярный пороговый с гистерезисом и детектором вмешательства (Ключ, Unipolar Switch)

     

     

  • Омниполярный пороговый с гистерезисом и детектором вмешательства (Ключ, Omnipolar Swith)

     

     

  • Линейный с аналоговвым выходом
  • Линейный с ШИМ-выходом
  • Линейный с SENT-выходом

 

СЕРИЯ SI720X — ЦИФРОВЫЕ КЛЮЧИ И ТРИГГЕРЫ

Датчики Холла серии Si720x производят измерения в определенной частотой и формируют выходной сигнал согласно измеренному уровню магнитного поля в зависимости от запрограммированных порогов. Si720x имеют один либо два информационных выхода.

Датчики Si720x выпускаются как в 3-выводном, так и в 5-выводном корпусе. Трехвыводные датчики имеют линии питания, земли и линию выхода, в то время как для датчиков в 5-выводном корпусе доступны два дополнительных сигнала:

  • Первый дополнительный вывод служит для перевода микросхемы в режим сна (DIS)
  • Второй вывод служит для сигнала блока контроля вмешательства (TAMPERb) 

У 3-выводных датчиков Холла с поддержкой функции tamper detection при превышении порога детектора вмешательства на выходе выставляется «0».

Документация на серию доступна на сайте производителя.

 

Тип датчика Количество выводов

Выходной сигнал

Частота измерений Индукция срабатывания
Bop, индукция отпускания, Brp
Si7201-00 3

Омниполярный пороговый с гистерезисом, выход Push-pull

5 Гц Bop = ±1.
1 мТ (max)
Brp = ±0.2 мТ (min)
| Bop — Brp | = 0.4 (typ)
Si7201-01
Si7201-02 Bop = ±0.9 мТ (max)
Brp = ±0.2 мТ (min)
| Bop — Brp | = 0.2 (typ)
Si7201-03 Bop = ±2.8 мТ (max)
Brp = ±1.1 мТ (min)
| Bop — Brp | = 0.6 (typ)
Si7201-04 1 Гц Bop = ±1.4 мТ (max)
Brp = ±0.2 мТ (min)
| Bop — Brp | = 0.4 (typ)
Si7201-05 5 Гц Bop = ±2.0 мТ (max) Brp = ±0.6 мТ (min)
| Bop — Brp | = 0.6 (typ)
Si7201-06

Омниполярный пороговый с гистерезисом, выход открытый коллектор

Si7201-07
Si7201-08 Bop = ±2. 8 мТ (max)
Brp = ±1.1 мТ (min)
| Bop — Brp | = 0.6 (typ)
Si7202-00

Биполярная защелка с гистерезисом, выход Push-pull

Bop = +0.65 мТ (max) Bop = +0.15 мТ (min)
Brp = -0.65 мТ (max) Brp = -0.15 мТ (min)
| Bop — Brp | = 0.8 (typ)
Si7202-01 Bop = +1.4 мТ (max) Bop = +0.6 мТ (min)
Brp = -1.4 мТ (max) Brp = -0.6 мТ (min)
| Bop — Brp | = 2.0 (typ)
Si7203-00
5

Омниполярный пороговый с гистерезисом, выход открытый коллектор

1 кГц Bop = ±1.1 мТ (max)
Brp = ±0.2 мТ (min)
| Bop — Brp | = 0.4 (typ)
Si7204-00

Биполярная защелка с гистерезисом, выход Push-pull

Bop = +1. 1 мТ (max) Bop = +0.6 мТ (min)
Brp = -1.1 мТ (max) Brp = -0.6 мТ (min)
| Bop — Brp | = 1.8 (typ)

 

 

Тип датчика Дополнительные функции
Напряжение питания
Потребляемый ток Рабочий
диапазон
температур
Блок tamper detection Схема температурной
компенсации
Встроенный
датчик
температуры
Поддержка
автокалибровки
Цифровой фильтр Режим
измерений
Режим сна
Si7201-00 нет нет нет нет нет 1. 7 — 3.6 В

5 мА
@
Vdd = 3.3 В

  0 .. 70 °C
или
-40 .. 125 °C

 

Si7201-01 да, порог ±19.8 мТ
Si7201-02 да (0.12%/°C) да (FIR с выборкой 4)
Si7201-03 нет нет нет 1.7 — 5.5 В
Si7201-04
Si7201-05 да, порог ±19.8 мТ
Si7201-06 нет
Si7201-07
да, порог ±19. 8 мТ
Si7201-08 нет
Si7202-00 1.7 — 3.6 В
Si7202-01 1.7 — 5.5 В
Si7203-00 да, порог ±19.8 мТ 1.7 — 3.6 В

от 50 нА

Si7204-00 нет

 


СЕРИЯ SI721X — ДАТЧИКИ ХОЛЛА С ЛИНЕЙНЫМ ВЫХОДОМ

Датчики серии Si721x работают на фиксированной частоте и имеют один выход. Доступно три типа выходного сигнала:

  • аналоговый
  • ШИМ-сигнал
  • однопроводной протокол SENT

Датчики Si721x выпускаются как в 3-выводном, так и в 5-выводном корпусе.

Трехвыводные датчики имеют линии питания, земли и линию выхода, в то время как для датчиков в 5-выводном корпусе доступны два дополнительных сигнала:

  • Первый дополнительный вывод служит для перевода микросхемы в режим сна (DIS)
  • Второй вывод служит для запуска функции автокалибровки (BIST)

Документация на серию доступна на сайте производителя.

 

Тип датчика Количество выводов Выходной сигнал Частота измерений Индукция срабатывания Bop,
индукция отпускания, Brp 
Si7211-01
3
Аналоговый 7 кГц  
Si7212-00 выход Push-pull, ШИМ-сигнал 300 Гц
Si7213-00 выход открытый коллектор, SENT-сигнал * 1 кГц
Si7217-01 5 7 кГц

 

* SENT (Single Edge Nibble Transmission) — это однонаправленный асинхронный протокол, распространенный в автомобильной промышленности. Описание стандартна доступно в документации на Si721x, а также на сайте standards.sae.org.

 

Тип датчика Дополнительные функции Напряжение питания Потребляемый ток Рабочий диапазон температур
Блок tamper detection Схема
температурной
компенсации
Встроенный
датчик
температуры
Поддержка
автокалибровки
Цифровой
фильтр
Режим
измерений
@ Vdd = 3. 3 В
Режим
сна
Si7211-01 нет нет нет нет да (FIR с выборкой 16) 2.25 — 5.5 В 5.5 мА   -40 .. 125 °C
Si7212-00 1.7 — 5.5 В 5.0 мА
Si7213-00 да, через установку «0» на линии выходного сигнала
Si7217-01 да, через отдельный вывод 2.25 — 5.5 В 7.0 мА

 

 

СЕРИЯ SI7210 С ПОДДЕРЖКОЙ I2C И ВСТРОЕННЫМ ДАТЧИКОМ ТЕМПЕРАТУРЫ

По сравнению с другими датчиками Холла Silicon Labs, датчики серии Si7210 имеют наиболее широкий набор функций.

Микросхемы данной серии оснащены цифровым интерфейсом I²C, который используется как для чтения данных, так и для изменения конфигурации датчика. На шине I²C также доступен сигнал с датчика температуры.

 

Датчики Si7210 выпускаются только в 5-выводном корпусе. Помимо линии питания, земли и двух линий шины I²C эти микросхемы дополнительную линию. Дополнительный вывод может использоваться как аналоговый выход или как цифровой выход, который можно использовать как сигнал прерывания для управляющего микроконтроллера.

 

 

Настройка датчика Si7210 по интерфейсу I²C позволяет

  • изменять границы диапазона измерений
  • изменять режим работы и состояние дополнительного выхода
  • настраивать длительность режима сна (позволяет снизить энергопотребление до 50 нА в зависимости от температуры)
  • настраивать порог срабатывания блока контроля вмешательства (tamper detection)
  • включать цифровой фильтр для подавления шумов на выходе, выбирать тип фильтра (FIR или IIR) и размер выборки (от 2 до 212)
  • настраивать частоту измерений 
  • настраивать параметры схемы температурной компенсации
  • включать встроенную на чип катушку, которая создаёт магнитное поле достаточной силы для выполнения калибровки (self-test) датчика * 

* Калибровочные параметры могут быть запрограммированы во встроенную энергонезависимую память датчика

 

Документация на серию доступна на сайте производителя.

 

Тип датчика Количество выводов Выходной сигнал Частота измерений Индукция срабатывания Bop,
индукция отпускания, Brp 
Основной выход Дополнительный выход
Режим работы Доп. выход в режимах 2, 3, 4
Si7210-00 5 I²C

Режим выбирается через I²C:

  1. Аналоговый выход
  2. Биполярная защелка с гистерезисом
  3. Униполярный пороговый с гистерезисом 
  4. Омниполярный пороговый с гистерезисом
выход Push-pull Настраивается через I²C Bop = ±1. 1 мТ (max)
Brp = ±0.2 мТ (min)
| Bop — Brp | = 0.4 (typ)
Si7210-01 выход открытый коллектор
Si7210-02 выход Push-pull
Si7210-03
Si7210-04
Si7210-05

 

 

Тип датчика Дополнительные функции Напряжение питания

Потребляемый ток

Рабочий диапазон температур
Блок tamper detection Схема температурной компенсации Встроенный датчик температуры Поддержка автокалибровки Цифровой фильтр Режим
измерений
Режим
сна
Si7210-00 да, порог настраивается через I²C да да, доступен на I²C
Точность ±1. 0 °C
да да (FIR или IIR)
Тип и выборка настраивается через I²C
1.7 — 5.5 В 5.0 мА
@
3.3 В
от 50 нА -40 .. 125 °C
Si7210-01
Si7210-02 да, доступен на I²C
Точность ±4.0 °C
Si7210-03 нет
Si7210-04
Si7210-05

 

 

СХЕМА ФОРМИРОВАНИЯ АРТИКУЛА

Полный артикул датчика кодируется следующим образом:

Тип датчика (см. таблицы выше)
  Ревизия микросхемы:
• AB и т.д.
    Тип датчика (см. таблицы выше)
      Рабочий диапазон температур:
• —  от -40 до +125°C
• —  от 0 до +70°C
        Корпус:
• — TO92
• — DFN8
• — SOT23
          Упаковка:
• — стандартная
• — лента
Si7210 -B- 00 -I V -R

 

Так, например, датчик типа Si7210-00 в корпусе SOT23 и с рабочим диапазоном температур -40 до +125°C будет иметь код для заказа Si7210-B-00-IV-R.

 

 

СРЕДСТВА ОТЛАДКИ

Для знакомства с датчиками Холла серии Si72xx и для разработки приложений на базе этих датчиков предлагается набор Si72xx-WD-Kit.

В набор входят следующие компоненты:

  • Отладочная плата для микроконтроллеров EFM32 Happy Gecko с предустановленными демо-программами
  • Плата-расширение Wheel Demo EXP board, на которой установлено колесо прокрутки и два датчика Холла под углом 90 градусов друг к другу
  • 6 дочерних плат с датчиками Si72xx разных типов
  • 2 магнита
  • USB-кабель
  • кабели для подключения дочерних плат

 

Наличие на складе

ДХМ, датчик холла

Характеристики

ПараметрЗначение
Напряжение питания, В+(24±1,2)
Ток потребления, мА, не более30
Выходной сигнал, мА
— логический «0»
— логическая «1»
3,6 — 5,2
18 — 22
Сопротивление нагрузки, Ом, не более1000
Частота срабатывания, Гц, не менее6000
Расстояние между датчиком и контрольной поверхностью из ферромагнитного материала, мм1 — 2,5
Скорость вращения контрольной поверхности, мм/с, не менее18
Частота вращения ротора, об/мин, не менее(D — диаметр ротора, мм)1000/(3,1415*D)
Длина «паза», «шпонки», шага «шестерни», мм, не менее12
Глубина «паза», высота «шпонки», мм, не менее3
Рабочий температурный диапазон, °С0 — 85
Степень защиты по ГОСТ 14254-96IP64
Группа по устойчивости к внешним воздействующим факторам согласно ГОСТ 30631-99М5
Допустимая относительная влажность при температуре 35°С и ниже без конденсации влаги, %, не более95
Средняя наработка на отказ, часов, не менее150 000
Средний срок службы, лет10
Габаритный размер датчика, ммМ20×1×83,5
Стандартные длины соединительного кабеля, м3; 5; 7; 9; 12
Тип разъема датчика: кабельные наконечники 

Применение

  • частота вращения ротора;
  • бесконтактный выключатель.

Информация для заказа

Стандартные длины соединительного кабеля, м: 3; 5; 7; 9; 12.

Пример записи датчика с кабелем длиной 7 м: ДХМх7

14. Датчики Холла и магнитосопротивления

Глава 14

ДАТЧИКИ ХОЛЛА И МАГНИТОСОПРОТИВЛЕНИЯ

§ 14.1. Физические основы эффекта Холла и эффекта магнитосопротивления

Эффект Холла — это физическое явление, которое заклю­чается в следующем. Рассмотрим пластинку (рис. 14.1) из прово­дящего материала, вдоль которой проходит ток I. Если перпенди­кулярно плоскости пластинки и направлению тока действует маг­нитное поле напряженностью Я, то в пластине возникает ЭДС, пропорциональная и току, и напряженности магнитного поля:

                                                 Е=КIН,                                  (14.1)

где K=kx/d — коэффициент, зависящий от материала и толщины пластины d; kx— постоянная Холла.

Направление этой ЭДС, которая называется ЭДС Холла, пер­пендикулярно току и полю, т. е. ее можно замерить между боко­выми продольными гранями пластины (рис. 14.1) с помощью элек­троизмерительного прибора. Причина появления ЭДС Холла в том, что на движущиеся заряды в магнитном поле действует сила Ло­ренца. Ток в пластине — это и есть упорядоченное движение за­рядов (в металле — электронов). Под действием магнитного поля они смещаются перпендикулярно на­правлению своего движения и вблизи одной продольной грани возникает из­быток зарядов, а вблизи другой — недо­статок. В обычных проводниковых ма­териалах ЭДС Холла очень мала, что объясняется малой скоростью (точнее — подвижностью) носителей тока из-за их большой концентрации.

Рекомендуемые файлы

Хотя эффект Холла известен уже более ста лет, прак­тическое применение его началось лишь в итоге развития технологии получения полупроводников. Имен­но в чистых полупроводниках обеспечивается высокая подвиж­ность носителей тока, поэтому постоянная Холла для чистых по­лупроводников во много раз больше, чем для металлов.

Эффект магнитосопротивления — это другое физическое явле­ние, заключающееся в изменении сопротивления проводящих тел в магнитном поле. Объясняется это тем, что в присутствии магнит­ного поля на носители тока действует сила Лоренца, изменяющая траекторию их движения. Если бы не было магнитного поля, то под действием приложенного к проводящему телу напряжения носи­тели тока перемещались бы по кратчайшему направлению. Изме­нение траектории под действием магнитного поля всегда удлиняет путь носителей тока, что проявляется как увеличение сопротивле­ния. В сильных поперечных магнитных полях некоторые вещества могут иметь относительное увеличение сопротивления а=Д/?//? в десятки раз. Чаще всего величина а связана с напряженностью магнитного поля Я квадратичной зависимостью

                                                                                 (14.2)

где kR— коэффициент, зависящий от материала и размеров.

Эффекты Холла и магнитосопротивления используются в дат­чиках, с помощью которых могут быть измерены различные элект­рические и магнитные величины. Кроме того, они могут исполь­зоваться для математической обработки электрических сигналов: сложения, умножения, деления, возведения в квадрат и извлече­ния корня; для различных преобразований электрических сигна­лов.

§ 14.2. Материалы для датчиков Холла и датчиков магнитосопротивления

Использование датчиков Холла для целей автоматиче­ского измерения будет рациональным в том случае, если они име­ют достаточно высокую чувствительность и мало подвержены влия­нию температуры. Чувствительность датчика зависит от выходной ЭДС, т. е. от постоянной Холла, которая, в свою очередь, опреде­ляется подвижностью носителей тока. В проводящих телах носи­телями тока являются электроны. При обычных температурах электроны находятся в хаотическом тепло­вом движении с самыми различными скоростями. Однако если вдоль тела соз­дать электрическое поле Е, приложив напряжение U, то все электроны начнут передвигаться в направлении поля с некоторой средней скоростью v (при этом отдельные электроны могут иметь как большую, так и меньшую скорости). Подвижность носителей тока (р) опре­деляется как отношение скорости v к на­пряженности электрического поля Е:

                   (14.3)

Подвижность зависит от того, как часто электрон при своем движении сталкива­ется с решеткой твердого тела. Следует особо отметить, что большое значение ЭДС Холла еще не означает, что в этом веществе велик эффект Холла и оно годится для технических при­менений. Большое значение ЭДС может быть полученj за сче* большого напряжения U, т. е. больших затрат электрической энергии. В то же время в другом материале такая же ЭДС Холла и те же скорости носителей тока могут быть получены при мень­шем напряжении только за счет большей подвижности. Такой ма­териал выгоднее для применения в датчике Холла.

Короче говоря, основным требованием, предъявляемым к мате­риалам для датчиков, является сочетание большой подвижности носителей тока с минимальными температурными зависимостями.

В зависимости от технологии изготовления различают кристал­лические (в форме пластинки) и пленочные датчики.

В качестве материала кристаллических датчиков используются различные соединения индия: мышьяковистый индий IriAs, фосфид индия 1nР, сурьмянистый индий InSb, а также германий Ge и крем­ний Si.

Наибольшее значение постоянной Холла у материала InSb, но оно сильно зависит от температуры. На рис. 14.2 показаны зависимости постоянной Холла от температуры для разных материалов (1 — InSb, 2 — InAs, 3 —твердый раствор InAs и 1пР). Для гер­мания постоянная Холла в десятки раз меньше, но он обладает значительно большим удельным сопротивлением. Из германия можно делать датчики с сопротивлением в несколько килоом. Еще ббльшим удельным сопротивлением обладает кремний, но его труд­нее очистить от примесей. Высокую степень очистки полупроводни­ковых материалов получают при плавке в космических лаборато­риях.

Для размещения в узких зазорах очень удобны пленочные дат­чики Холла. Для их изготовления используется метод испарения в вакууме исходного вещества с последующим осаждением на под­ложку из слюды. Толщина пленочных датчиков составляет 10— 30 мкм, что в сотни раз меньше, чем у кристаллических датчиков. Материалом для пленочных датчиков служат соединения ртути: селенид ртути HgSe и теллурид ртути HgTe. Чем тоньше пленка, тем меньше постоянная Холла. По своим возможностям примене­ния в системах автоматики пленочные датчики примерно равно­ценны с германиевыми и даже лучше по температурной стабильно­сти. Но они очень дорогие. В настоящее время проводятся иссле­дования   новых   материалов,   пригодных   для   использования   в датчиках Холла и магнитосопротивления.

§ 14.3. Применение датчиков Холла и датчиков магнитосопротивления

Основное применение датчики Холла и датчики магнито­сопротивления находят для измерения магнитных полей. Они при­меняются в очень широком диапазоне напряженности магнитного поля: от 1 до 109 А/м. С их помощью можно определять кривые намагничивания магнитных материалов, распределение магнитных полей в электрических машинах и электромагнитных устройствах. При измерениях в сильных магнитных полях (H>107 А/м) ЭДС Холла составляет десятые доли вольт и  может быть  измерена вольтметром с  большим  внутренним сопротивлением  или с по­мощью   компенсационной   схемы.   Регулировка   чувствительности производится изменением напряжения, питающего датчик. Для уве­личения выходного сигнала  используют последовательное соеди­нение нескольких датчиков Холла. При измерениях в средних маг­нитных полях (105 А/м<H<107 А/м) требуется усиление выход­ного напряжения датчика. При измерениях в слабых магнитных полях (H<105 А/м)  используют так называемые концентраторы магнитного поля.  В  качестве таких концентраторов  используют круглые длинные стержни с узким зазором между ними, куда и по­мещается датчик. Стержни изготовляют из материалов с высокой магнитной проницаемостью, чаще всего из пермаллоя. При длине стержней в 1 метр, диаметре 5 мм и зазоре в 0,3 мм можно полу чить коэффициент усиления магнитного поля в 1500 раз. Датчики Холла с концентраторами магнитного поля способны чувствовать напряженность магнитного поля в 0,1 А/м. С их помощью можно исследовать даже очень слабое магнитное поле Земли. Однако на­до отметить, что измерения средних и слабых магнитных полей с помощью датчиков Холла пока целесообразны лишь в лаборатор­ных, а не промышленных условиях.

   В средних и слабых магнитных • полях датчики Холла очень чувствительны к колебаниям температуры и нуждаются в стабиль-ном питании и сложных измери­тельных схемах. Например, тер-моЭДС между материалом дат­чика и его выводами соизмери­ма с выходным сигналом. Да и при измерениях в сильных маг­нитных полях используют схемы термокомпенсации погрешности с помощью терморезисторов, а по­рой даже и термостатироваиие, т. е. измерения проводят в каме­ре, где автоматически поддержи­вается постоянная температура.

По   существу,   датчик   Холла является элементарным умножающим устройством, поскольку его выходной сигнал пропорциона­лен произведению напряженности на ток. На этом, в сущности, и основаны все возможные применения датчика Холла. При посто­янном токе через датчик выходной сигнал пропорционален напря­женности магнитного поля. А поместив датчик в постоянное маг­нитное поле, можно измерять ток, проходящий через него, по зна­чению ЭДС Холла. Это единственный способ определения распре­деления токов в электролитических ваннах.

5.1. Краткая характеристика источников воды — лекция, которая пользуется популярностью у тех, кто читал эту лекцию.

Датчики магнитосопротивления также вначале использовались для измерения магнитных полей, но затем были вытеснены более совершенными датчиками Холла на новых полупроводниковых ма­териалах. Однако датчики магнитосопротивления по устройству проще датчиков Холла. Наилучшей формой для датчика магнито­сопротивления является диск с одним выводом в центре и дру­гим — на окружности. Зависимости относительного изменения со­противления датчиков магнитосопротивления разной формы от маг­нитной индукции показаны на рис. 14.3.

Основным достоинством датчика магнитосопротивления являет­ся возможность бесконтактного изменения активного сопротивле­ния.

Одним из возможных применений датчиков магнитосопротив­ления является создание бесконтактных клавишных выключателей. При нажатии на кнопку такого выключателя перемещается магнити изменяется магнитный поток, воздействующий на датчик магни-тосопротивления.

Известны также применения датчиков Холла и магнитосопро-тивления в системах автоматики в качестве измерителей тока в токоведущих шинах, бесконтактных потенциометров для преобра­зования механического перемещения (линейного или углового) в пропорциональный электрический сигнал. Удобно применять дат­чики Холла в автоматических устройствах, контролирующих состоя­ние стальных канатов.

Пока еще датчики Холла и датчики магнитосопротивления срав­нительно мало применяются в системах промышленной автомати­ки. Но бурное развитие полупроводниковой технологии ведет к расширению их применения.

Следует отметить, что в последнее время к таким датчикам при­бавились еще и близкие по принципу действия магнитодиодные и гальваномагнитно-рекомбинационные преобразователи.

зал (магнитные) датчики

INAS-STAY GaAs GaAs
Что делает эту работу?
Слова, которые произведут впечатление на вашего босса
Тонкопленочная технология с использованием структуры двумерного электронного газа (2DEG) Сыпучий материал из арсенида индия, легированный для высокой стабильности Объемный материал арсенида индия, легированный для повышения чувствительности Тонкая пленка арсенида галлия
Диапазон температур
1 К до 402 К
(от -272 °С до 125 °С)
1. 5 K до 375 K
(-271,5 °C до 102 °C)
208 K до 373 K
(-65 °C до 100 °C)
233 K до 402 K
° (-40 °C до 125 °C) C)
Взаимозаменяемость
Возможность работы с несколькими датчиками с одинаковым приводом и настройками измерения
Хорошее — узкий диапазон значений чувствительности, отличная линейность и малое напряжение смещения Плохое — диапазон чувствительности достаточно велик, чтобы требовать знания среднего значения чувствительности Плохое — диапазон чувствительности достаточно велик, чтобы требовать знания среднего значения чувствительности значение Плохое — диапазон чувствительности достаточно велик, чтобы требовать знания среднего значения чувствительности
Прочность
Способность выдерживать удары и вибрацию
Хорошо Плохо Плохо Хорошо
Совместимость с приборами Lake Shore Тесламетр F71 или F41 с датчиками plug-and-play — полный комплект калибровка датчика и температурная компенсация, обеспечивающая точность, эквивалентную полному тесламетру 425 или 475 гауссметра с использованием кабеля HMCBL; преобразование поля выполняется только с одним значением чувствительности, т. е. линейность и температурная компенсация не выполняются гауссметром 425 или гауссметром 475 с использованием кабеля HMCBL; преобразование поля выполняется только с одним значением чувствительности, что означает, что гауссметр не выполняет линейную и температурную компенсацию Нет
Плоский эффект Холла
Физическое свойство, связанное с толщиной элемента Холла, которое вносит ошибку измерения, когда поле в одной плоскости с чувствительным элементом
Отсутствует, что делает эти датчики идеальными для измерения полей с неизвестной ориентацией Значительный — сыпучий материал создает достаточно плоский эффект Холла, поэтому для точных измерений требуются поля с известными направлениями Значительный — сыпучий материал создает достаточно плоский эффект Холла что поля с известными направлениями необходимы для точных измерений Некоторые тонкопленочные элементы могут давать небольшую погрешность плоскостного эффекта Холла
Чувствительность при номинальном токе
Влияет на точность измерения и разрешение — чем больше число, тем лучше
Ожидается от 50 до 53 мВ/Тл 5. от 5 до 11 мВ/Тл от 55 до 125 мВ/Тл от 110 до 280 мВ/Тл
Температурный коэффициент чувствительности
Точность воздействия при больших температурных сдвигах
200 PPM / ° C Ожидается 50 PPM / ° C 800 PPM / ° C 600 PPM / ° C
Номинальный ток привода
Рекомендуемый уровень возбуждения для этих датчиков
1 мА 100 мА 100 мА 1 мА
Типовое входное сопротивление
Полезно при выборе схемы привода
800 Ом 2 Ом 2 Ом 750 Ом
Типовой температурный коэффициент входного сопротивления
0. 7 %/°C ожидаемый 0,15 %/°C 0,18 %/°C 0,2 ​​%/°C
Наилучшее напряжение смещения (эквивалентное поле)
Компонент с большей погрешностью на малых полях
Подлежит уточнению ±50 мкВ (4,5 мТл) ±75 мкВ (0,6 мТл) ±2,8 мВ (10 мТл)

Датчики Холла | Аллегро МикроСистемс

Датчики Холла

Шон Милано, Allegro MicroSystems

Скачать PDF-версию

Аннотация

Allegro MicroSystems — мировой лидер в разработке, производстве и продаже высокопроизводительных интегральных схем датчиков Холла. Эта заметка дает общее представление об эффекте Холла и о том, как Allegro проектирует и реализует технологию Холла в упакованных полупроводниковых монолитных интегральных схемах.

Принципы эффекта Холла

Эффект Холла назван в честь Эдвина Холла, который в 1879 году обнаружил, что потенциал напряжения возникает на проводящей пластине с током, когда магнитное поле проходит через пластину в направлении, перпендикулярном плоскости пластины, как показано на нижнем рисунке. панель рисунка 1.

Фундаментальным физическим принципом, лежащим в основе эффекта Холла, является сила Лоренца, которая проиллюстрирована на верхней панели рисунка 1. Когда электрон движется в направлении v, перпендикулярном приложенному магнитному полю, B, на него действует сила F , сила Лоренца, нормальная как к приложенному полю, так и к току.

Рисунок 1. Эффект Холла и сила Лоренца. Синие стрелки B представляют магнитное поле, проходящее перпендикулярно через проводящую пластину.

Под действием этой силы электроны движутся по криволинейной траектории вдоль проводника, и на пластине возникает суммарный заряд и, следовательно, напряжение. Это напряжение Холла, V H , подчиняется приведенной ниже формуле, которая показывает, что V H пропорционально напряженности приложенного поля, и что полярность V H определяется направлением на север или юг, приложенное магнитное поле. Благодаря этому свойству эффект Холла используется в качестве магнитного датчика.

где:

  • В H — напряжение Холла на проводящей пластине,
  • I — ток, проходящий через пластину,
  • ц — величина заряда носителей заряда,
  • ρn — число носителей заряда в единице объема,
  • t – толщина плиты.

Полупроводниковые интегральные схемы Allegro содержат элемент Холла, поскольку эффект Холла распространяется как на проводящие, так и на полупроводниковые пластины. Используя эффект Холла в полностью интегрированной монолитной ИС, можно измерить напряженность магнитного поля и создать широкий спектр интегральных схем на эффекте Холла для самых разных приложений.

Переключатель Allegro Hall активируется положительным магнитным полем, создаваемым южным полюсом. Положительное поле включит выходной транзистор и соединит выход с GND, действуя как активное низкое устройство.

Поле, необходимое для активации устройства и включения выходного транзистора, называется магнитной рабочей точкой и обозначается аббревиатурой B OP .При снятии поля выходной транзистор закрывается. Поле, необходимое для выключения устройства после его активации, называется точкой магнитного срабатывания или B RP . Разница между B OP и B RP называется гистерезисом и используется для предотвращения дребезга при переключении из-за шума.

Allegro также производит магнитные защелки и линейные устройства. Магнитные защелки включаются южным полюсом (B OP ) и выключаются северным полюсом (B RP ). Требование северного полюса для деактивации защелки отделяет защелки от простых переключателей. Поскольку они не выключаются при удалении поля, они «запирают» выход в текущем состоянии до тех пор, пока не будет применено противоположное поле. Защелки используются для обнаружения вращающихся магнитов для коммутации двигателя или измерения скорости.

Линейные устройства

имеют аналоговый выход и используются для измерения линейного положения в линейных энкодерах, таких как автомобильные датчики положения педали дроссельной заслонки. Они имеют логометрическое выходное напряжение, которое номинально составляет В СС /2, когда поле не приложено.При наличии южного полюса выход будет двигаться в направлении V CC , а при наличии северного полюса выход будет двигаться в направлении GND. Allegro предлагает широкий ассортимент выключателей Холла, защелок и линейных устройств, подходящих для самых разных областей применения. См. руководства по выбору продуктов Allegro: ИС магнитных линейных и угловых датчиков положения, ИС магнитных цифровых датчиков положения, ИС датчиков тока на основе эффекта Холла и ИС магнитных датчиков скорости.

Использование эффекта Холла

Allegro Интегральные схемы на эффекте Холла (ИС) используют эффект Холла, объединяя элемент Холла с другими схемами, такими как операционные усилители и компараторы, для создания переключателей с магнитным управлением и аналоговых устройств вывода.Простой переключатель Холла, такой как открытое устройство NMOS, показанное на рис. 2, можно использовать для определения наличия или отсутствия магнита, и он отвечает цифровым выходом.

Рисунок 2. Блок-схема простого переключателя на эффекте Холла IC

Интегральные схемы представляют собой электронные структуры, имеющие большое количество элементов схемы с высокой плотностью, рассматриваемых как единое целое. Элементы схемы включают в себя активные компоненты, такие как транзисторы и диоды, а также пассивные компоненты, такие как резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности.Эти компоненты соединены металлом, обычно алюминием, и составляют более сложные операционные усилители и компараторы устройства. Переключатель Холла на рисунке 2 используется для простой иллюстрации, но эти компоненты используются во всех устройствах Allegro даже для самых сложных ИС. Элемент Холла на рисунке 2 показан в виде квадратного прямоугольника с буквой «X». Его выход усиливается, подается на компаратор, а затем на открытый цифровой выход NMOS. Allegro также производит интегральные схемы Холла с двумя элементами Холла для обнаружения дифференциальных магнитных полей и даже с тремя элементами Холла для определения направления движущихся ферромагнитных целей.Какой бы сложной ни была топология датчика, все компоненты изготавливаются внутри и на поверхности тонкой подложки из полупроводникового материала.

Структура интегральной схемы Холла

Устройства

Allegro изготавливаются на кремниевых подложках путем непосредственного легирования кремния различными материалами для создания несущих областей n-типа (электроны) или p-типа (электроны-дырки). Эти области материала n-типа и p-типа сформированы в геометрии, которые составляют активные и пассивные компоненты интегральной схемы, включая элемент Холла, и соединены вместе путем осаждения металла по геометриям. Таким образом, активные и пассивные компоненты электрически связаны друг с другом. Поскольку требуемая геометрия очень мала, в диапазоне микронов, а иногда даже меньше, плотность схем чрезвычайно высока, что позволяет создавать сложные схемы на очень небольшой площади кремния.

Тот факт, что все активные и пассивные элементы выращены внутри подложки или нанесены на кремний, делает их неотделимыми от кремния и действительно идентифицирует их как монолитные интегральные схемы.На рис. 3 показано, как элемент Холла интегрируется в микросхему Allegro. Это просто область легированного кремния, которая создает пластину n-типа, которая будет проводить ток.

Рис. 3. Сечение одного элемента Холла; эпирезистор N-типа контактирует в каждом из четырех углов.

Как упоминалось ранее, когда ток направляется из одного угла пластины в противоположный угол, в двух других углах пластины возникает напряжение Холла при наличии перпендикулярного магнитного поля. Напряжение Холла будет равно нулю, когда поле не приложено. Аналогичным образом более сложные геометрические формы составляют активные компоненты, такие как транзисторные структуры NPN или NMOS. На рис. 4 показаны поперечные сечения транзисторов NPN и PMOS.

Рис. 4. Сечения PMOS (вверху) и BJT-транзистора n-NPN-типа (внизу)

Для повышения эффективности производства эти схемы выращиваются на подложке, пока она еще находится в форме большой пластины. Схемы повторяются в виде рядов и столбцов, которые можно распилить на отдельные матрицы или «чипы», как показано на рисунке 5.

Рис. 5. Кремниевая пластина, выпиленная на кристалл после нанесения схемы ИС

ИС с одним датчиком Холла Allegro можно увидеть на рисунке 6. Это простой переключатель с функциональной блок-схемой, показанной на рисунке 2. Все схемы включены в ИС, включая элемент Холла, который можно увидеть как красный квадрат в середине микросхемы, а также схема усилителя и защитные диоды, а также многочисленные резисторы и конденсаторы, необходимые для реализации функциональности устройства.

Рис. 6. Одиночная микросхема Холла

Упаковка устройства Холла

После того, как ряды и столбцы кремниевых пластин распилены на отдельные матрицы, они затем упаковываются для индивидуальной продажи. Готовый пакет, один из многих возможных стилей, показан на рисунке 7. Внутри корпуса виден кристалл, установленный на медной подложке. Контакт с медными выводами осуществляется через золотую проволоку, соединяющую металлические площадки на поверхности кристалла с электрически изолированными выводами корпуса.Затем упаковка герметизируется или заливается пластиком для защиты штампа от повреждений.

Рис. 7. Типичный полный комплект устройства Холла с установленным кристаллом и проводными соединениями с выводами.

Пакет на рис. 7 представляет собой простой переключатель, изображенный на рис. 2, с VCC, GND и выходными проводами в миниатюрном 3-контактном однорядном корпусе (SIP). Другие пакеты можно увидеть на рисунке 8, они включают в себя пакет масштабирования микросхемы (CSP) на уровне пластины, SOT23W, MLP, 3-контактный SIP-пакет UA и 4-контактный SIP-пакет K.

Рис. 8. Типичные полные комплекты устройств Холла: (A) MLP для поверхностного монтажа и (B) SOT23W, (C) масштабируемый корпус на уровне пластины (CSP) и сквозной монтаж (D) SIP типа K, и (E) UA типа SIP.

АН296065

Датчики Холла

— датчики от Allied Electronics & Automation

Вы можете сравнивать не более 5 предметов.

Произв. Деталь №: D-M9PVSAPC

Товарный номер союзника: 70072194

В наличии: 162

+1 39 долларов.77 / шт.

+5 $38,18 / шт.

+10 $36,99 / шт.

+25 35,80 долларов США / шт.

ДОБАВИТЬ В КОРЗИНУ ОБНОВИТЬ КОРЗИНУ

Вы можете сравнивать не более 5 предметов.

Произв. Деталь №: 9851R5KL2.0

Товарный номер союзника: 70029147

В наличии: 138
При заказе: 91

+1 $67,58 / шт.

+5 64 доллара.86 / шт.

+10 $62,84 / шт.

+25 $60,82 / шт.

ДОБАВИТЬ В КОРЗИНУ ОБНОВИТЬ КОРЗИНУ

Вы можете сравнивать не более 5 предметов.

Произв. Деталь №: 103SR13A-1

Товарный номер союзника: 70120219

В наличии: 368
При заказе: 1050

+1 46,82 доллара США / шт.

+5 44,71 доллара США / шт.

+10 43 доллара.78 / шт.

+25 42,61 доллара США / шт.

ДОБАВИТЬ В КОРЗИНУ ОБНОВИТЬ КОРЗИНУ

Вы можете сравнивать не более 5 предметов.

Произв. Деталь №: D-H7A2

Товарный номер союзника: 70071333

В наличии: 240

+1 33,25 доллара США / шт.

+5 $31,59 / шт.

+10 $30,59 / шт.

+25 $28,93 / шт.

ДОБАВИТЬ В КОРЗИНУ ОБНОВИТЬ КОРЗИНУ

Вы можете сравнивать не более 5 предметов.

Произв. Деталь №: MP101401

Товарный номер союзника: 70207356

В наличии: 2035
При заказе: 1000

+1 $5,98 / шт.

+10 $5,71 / шт.

+20 $5,59 / шт.

+50 $5,44 / шт.

ДОБАВИТЬ В КОРЗИНУ ОБНОВИТЬ КОРЗИНУ

Вы можете сравнивать не более 5 предметов.

Произв. Деталь №: D-A54L

Товарный номер союзника: 70070572

В наличии: 46

+1 21 доллар.79 / шт.

+5 20,92 доллара США / шт.

+10 20,27 доллара США / шт.

+20 20,05 долл. США / шт.

ДОБАВИТЬ В КОРЗИНУ ОБНОВИТЬ КОРЗИНУ

Вы можете сравнивать не более 5 предметов.

Произв. Деталь №: GS101205

Товарный номер союзника: 70207464

В наличии: 730

+1 $37,90 / шт.

+5 $36.00 / шт.

+10 34 доллара. 49 / шт.

+20 $33,35 / шт.

ДОБАВИТЬ В КОРЗИНУ ОБНОВИТЬ КОРЗИНУ

Вы можете сравнивать не более 5 предметов.

Произв. Деталь №: VN101503

Товарный номер союзника: 70207357

В наличии: 289

+1 $10,78 / шт.

+10 $10,40 / шт.

+20 $10,13 / шт.

+50 $9,81 / шт.

ДОБАВИТЬ В КОРЗИНУ ОБНОВИТЬ КОРЗИНУ

Вы можете сравнивать не более 5 предметов.

Произв. Деталь №: GS101201

Товарный номер союзника: 70207358

В наличии: 0
При заказе: 347

+1 29,89 долларов США / шт.

+5 28,54 доллара США / шт.

+10 27,95 долларов США / шт.

+20 27,20 долларов США / шт.

ДОБАВИТЬ В КОРЗИНУ ОБНОВИТЬ КОРЗИНУ

Вы можете сравнивать не более 5 предметов.

Произв. Деталь №: LCZ260-30

Товарный номер союзника: 70227012

В наличии: 128

+1 241 доллар. 78 / шт.

+5 $220,01 / шт.

+10 212,79 долларов США / шт.

ДОБАВИТЬ В КОРЗИНУ ОБНОВИТЬ КОРЗИНУ

Вы можете сравнивать не более 5 предметов.

Произв. Деталь №: LCZ460

Товарный номер союзника: 70118434

В наличии: 47
При заказе: 98

+1 $220,94 / шт.

+5 196,64 доллара США / шт.

+10 187 долларов.79 / шт.

ДОБАВИТЬ В КОРЗИНУ ОБНОВИТЬ КОРЗИНУ

Вы можете сравнивать не более 5 предметов.

Произв. Деталь №: 103SR13A-2

Товарный номер союзника: 70119651

В наличии: 143
При заказе: 221

+1 $84,57 / шт.

+5 $81,62 / шт.

+10 79,49 долларов США / шт.

+25 $77,38 / шт.

ДОБАВИТЬ В КОРЗИНУ ОБНОВИТЬ КОРЗИНУ

Вы можете сравнивать не более 5 предметов.

Произв. Деталь №: D-C73L

Товарный номер союзника: 70070609

В наличии: 67

+1 19,63 доллара США / шт.

+5 $18,84 / шт.

+10 $18,26 / шт.

+20 $18,06 / шт.

ДОБАВИТЬ В КОРЗИНУ ОБНОВИТЬ КОРЗИНУ

Вы можете сравнивать не более 5 предметов.

Произв. Деталь №: SD101201

Товарный номер союзника: 70207360

В наличии: 379

+1 47 долларов.04 / шт.

+5 44,92 доллара США / шт.

+10 $43,98 / шт.

+25 42,81 доллара США / шт.

ДОБАВИТЬ В КОРЗИНУ ОБНОВИТЬ КОРЗИНУ

Вы можете сравнивать не более 5 предметов.

Произв. Деталь №: GS100102

Товарный номер союзника: 70207549

В наличии: 0
При заказе: 55

+1 $57,20 / шт.

+5 54 доллара.63 / шт.

+10 $53,48 / шт.

+25 $52,05 / шт.

ДОБАВИТЬ В КОРЗИНУ ОБНОВИТЬ КОРЗИНУ

Вы можете сравнивать не более 5 предметов.

Произв. Деталь №: LCZ260

Товарный номер союзника: 70118433

В наличии: 42
При заказе: 100

+1 224,55 доллара США / шт.

+5 199,84 доллара США / шт.

+10 190 долларов.85 / шт.

ДОБАВИТЬ В КОРЗИНУ ОБНОВИТЬ КОРЗИНУ

Вы можете сравнивать не более 5 предметов.

Произв. Деталь №: D-F7P

Товарный номер союзника: 70274092

В наличии: 51

+1 40,34 доллара США / шт.

+5 $38,32 / шт.

+10 $37,11 / шт.

+25 $35,09 / шт.

ДОБАВИТЬ В КОРЗИНУ ОБНОВИТЬ КОРЗИНУ

Вы можете сравнивать не более 5 предметов.

Произв. Деталь №: HESS0000

Товарный номер союзника: 70031221

В наличии: 27

+1 $163,17 / шт.

+5 $153,39 / шт.

+10 $150,14 / шт.

ДОБАВИТЬ В КОРЗИНУ ОБНОВИТЬ КОРЗИНУ

Вы можете сравнивать не более 5 предметов.

Произв. Деталь №: MP101301

Товарный номер союзника: 70207640

В наличии: 55
При заказе: 843

+1 7 долларов.77 / шт.

+10 $7,08 / шт.

+20 $6,91 / шт.

+50 $6,68 / шт.

ДОБАВИТЬ В КОРЗИНУ ОБНОВИТЬ КОРЗИНУ

Вы можете сравнивать не более 5 предметов.

Произв. Деталь №: MP200702

Товарный номер союзника: 70207305

В наличии: 9

+1 $12,37 / шт.

+5 $11,76 / шт.

+10 11 долларов.27 / шт.

+20 $10,89 / шт.

ДОБАВИТЬ В КОРЗИНУ ОБНОВИТЬ КОРЗИНУ

Как эффект Холла все еще проявляется

Обычные камеры в стереорежиме действительно могут обнаруживать объекты, измерять расстояние до них и оценивать их скорость, но они не обладают точностью, необходимой для полностью автономного вождения. Кроме того, камеры плохо работают ночью, в тумане или под прямыми солнечными лучами, а системы, использующие их, подвержены зависанию. одураченные оптическими иллюзиями.Системы лазерного сканирования, или лидары, обеспечивают собственное освещение и, таким образом, часто превосходят камеры в плохую погоду. Тем не менее, они могут видеть только прямо вперед, вдоль прямой видимости, и поэтому не смогут обнаружить автомобиль, приближающийся к перекрестку, когда он скрыт от глаз зданиями или другими препятствиями.

Радар хуже, чем лидар, по точности дальности и угловому разрешению — наименьшему углу прихода, необходимому между двумя отдельными целями, чтобы отделить одну от другой.Но мы разработали новую архитектуру радара, которая преодолевает эти недостатки, делая ее намного более эффективной в дополнении лидаров и камер.

В предлагаемой нами архитектуре используется так называемый разреженный многодиапазонный радар с широкой апертурой. Основная идея состоит в том, чтобы использовать различные частоты, используя особые свойства каждой из них, чтобы освободить систему от превратностей погоды и видеть за углами и за углами. Эта система, в свою очередь, использует расширенную обработку сигналов и алгоритмы слияния датчиков для создания интегрированного представления окружающей среды.

Мы экспериментально проверили теоретические пределы производительности нашей радиолокационной системы — ее дальность, угловое разрешение и точность. Прямо сейчас мы создаем оборудование для оценки различными автопроизводителями, и недавние дорожные испытания прошли успешно. В начале 2022 года мы планируем провести более сложные испытания, чтобы продемонстрировать возможность обнаружения за углом.

Каждая полоса частот имеет свои сильные и слабые стороны. Диапазон 77 гигагерц и ниже может проходить через 1000 метров густого тумана, не теряя при этом более доли децибела мощности сигнала.Сравните это с лидарами и камерами, которые теряют от 10 до 15 децибел всего за 50 метров такого тумана.

Дождь, однако, это другая история. Даже небольшие ливни будут ослаблять радар 77 ГГц так же сильно, как и лидар. Нет проблем, можете подумать вы, просто перейдите на более низкие частоты. В конце концов, дождь прозрачен для радаров, скажем, на частоте 1 ГГц или ниже.

Это работает, но вам также нужны полосы высоких частот, потому что полосы низких частот обеспечивают меньший диапазон и угловое разрешение. Хотя вы не обязательно можете приравнять высокую частоту к узкому лучу, вы можете использовать антенную решетку или высоконаправленную антенну, чтобы проецировать миллиметровые волны в более высоких диапазонах в узком луче, подобно лазеру.Это означает, что этот радар может конкурировать с лидарными системами, хотя он по-прежнему будет страдать от той же неспособности видеть за пределами прямой видимости.

Для антенны заданного размера, то есть с заданной апертурой решетки, угловое разрешение луча обратно пропорционально рабочей частоте. Точно так же для достижения заданного углового разрешения требуемая частота обратно пропорциональна размеру антенны. Таким образом, для достижения желаемого углового разрешения от радиолокационной системы на относительно низких частотах УВЧ (0. от 3 до 1 ГГц), например, вам потребуется антенная решетка в десятки раз больше, чем та, которая требуется для радара, работающего в диапазоне K (от 18 до 27 ГГц) или W (от 75 до 110 ГГц). -ГГц) диапазонов.

Хотя более низкие частоты не сильно улучшают разрешение, они дают другие преимущества. Электромагнитные волны имеют тенденцию дифрагировать на острых краях; когда они сталкиваются с изогнутыми поверхностями, они могут дифрагировать прямо вокруг них в виде «ползучих» волн. Эти эффекты слишком слабы, чтобы быть эффективными на более высоких частотах диапазона K и, особенно, диапазона W, но они могут быть существенными в диапазонах UHF и C (от 4 до 8 ГГц).Такое дифракционное поведение вместе с меньшими потерями на проникновение позволяет таким радарам обнаруживать объекты. вокруг угла.

Одним из недостатков радара является то, что он движется по множеству путей, отражаясь от бесчисленных объектов на пути к отслеживаемому объекту и обратно. Эти отражения радаров еще больше усложняются наличием на дороге множества других автомобильных радаров. Но путаница также дает силу: рикошеты на большом расстоянии могут предоставить компьютеру информацию о том, что происходит в местах, куда не может попасть луч, проецируемый вдоль линии обзора, например, обнаруживая перекрестное движение, скрытое от прямого обнаружения. .

Видеть далеко и детально — видеть сбоку и даже прямо сквозь препятствия — это обещание, которое радар еще не полностью реализовал. Ни один радиолокационный диапазон не может справиться со всеми задачами, но система, которая может работать одновременно в нескольких диапазонах частот, может приблизиться к этому. Например, высокочастотные диапазоны, такие как K и W, могут обеспечивать высокое разрешение и могут точно определять местоположение и скорость целей. Но они не могут проникать сквозь стены зданий или заглядывать за углы; более того, они уязвимы для сильного дождя, тумана и пыли.

Диапазоны более низких частот, такие как UHF и C, гораздо менее уязвимы для этих проблем, но они требуют более крупных антенных элементов и имеют меньшую доступную полосу пропускания, что снижает разрешение по дальности — способность различать два объекта с одинаковым пеленгом, но в разных диапазонах. Эти нижние полосы также требуют большой апертуры для данного углового разрешения. Соединяя эти разрозненные группы, мы можем сбалансировать уязвимости одной группы с сильными сторонами других.

Разные цели ставят разные задачи перед нашим многодиапазонным решением. Передняя часть автомобиля имеет меньшую эффективную отражательную способность для диапазона UHF, чем для диапазонов C и K. Это означает, что приближающийся автомобиль будет легче обнаружить, используя диапазоны C и K. Кроме того, поперечное сечение пешехода демонстрирует гораздо меньше вариаций в отношении изменений его или ее ориентации и походки в диапазоне УВЧ, чем в диапазонах С и К. Это означает, что людей будет легче обнаруживать с помощью радара УВЧ.

Кроме того, эффективная площадь рассеяния объекта уменьшается, когда на поверхности рассеивателя находится вода. Это уменьшает отражения радара, измеренные в диапазонах C и K, хотя это явление не оказывает заметного влияния на радары УВЧ.

Запутанные обратные пути радара также являются преимуществом, потому что они могут предоставить компьютеру информацию о том, что происходит сбоку — например, в перекрестном движении, которое скрыто от прямого наблюдения.

Еще одно важное отличие заключается в том, что сигнал более низкой частоты может проникать через стены и здания, а сигнал более высокой частоты — нет.Рассмотрим, например, бетонную стену толщиной 30 сантиметров. Способность радиолокационной волны проходить сквозь стену, а не отражаться от нее, зависит от длины волны, поляризации падающего поля и угла падения. Для диапазона УВЧ коэффициент передачи составляет около –6,5 дБ в широком диапазоне углов падения. Для диапазонов C и K это значение падает до –35 дБ и –150 дБ соответственно, что означает, что через них может пройти очень мало энергии.

Угловое разрешение радара , как мы отмечали ранее, пропорционально используемой длине волны; но он также обратно пропорционален ширине апертуры или, для линейной решетки антенн, физической длине решетки.Это одна из причин, почему миллиметровые волны, такие как диапазоны W и K, могут хорошо работать для автономного вождения. Коммерческий радар на основе двух 77-ГГц приемопередатчиков с апертурой 6 см дает примерно 2,5 градуса углового разрешения, что более чем на порядок хуже, чем у типичной лидарной системы, и слишком мало для автономного вождения. Для достижения стандартного для лидара разрешения на частоте 77 ГГц требуется гораздо более широкая апертура — скажем, 1,2 метра, что примерно равно ширине автомобиля.

Помимо дальности и углового разрешения, автомобильная радиолокационная система также должна отслеживать множество целей, иногда сотни одновременно.Отличить цели по дальности бывает сложно, если их дальность до автомобиля различается всего на несколько метров. И для любого заданного диапазона однородная линейная решетка, чьи передающие и приемные элементы расположены на равном расстоянии друг от друга, может различать только столько целей, сколько у нее антенн. В загроможденной среде, где может быть множество целей, может показаться, что это указывает на необходимость сотен таких передатчиков и приемников, проблема усугубляется необходимостью очень большой апертуры.Такое количество оборудования будет дорогостоящим.

Один из способов обойти эту проблему — использовать массив, в котором элементы размещаются лишь в нескольких позициях, которые они обычно занимают. Если мы тщательно спроектируем такой «разреженный» массив, чтобы каждое взаимное геометрическое расстояние было уникальным, мы можем заставить его вести себя так же, как неразреженный полноразмерный массив. Например, если мы начнем с радара с апертурой 1,2 метра, работающего в диапазоне K, и добавим соответствующим образом спроектированную разреженную решетку, содержащую всего 12 передающих и 16 приемных элементов, она будет вести себя как стандартная решетка, имеющая 192 элемента.Причина в том, что тщательно спроектированная разреженная решетка может иметь до 12 × 16, или 192, попарных расстояний между каждым передатчиком и приемником. Используя 12 различных передач сигналов, 16 приемных антенн будут принимать 192 сигнала. Из-за уникального попарного расстояния между каждой парой передачи/приема результирующие 192 принятых сигнала могут вести себя так, как если бы они были получены неразреженным массивом из 192 элементов. Таким образом, разреженная решетка позволяет обменивать время на пространство, то есть на передачу сигналов с помощью антенных элементов.

Радару, как правило, намного легче видеть под дождем, чем световым датчикам, особенно лидару. На относительно низких частотах потери мощности радиолокационного сигнала на порядки ниже. Нейронные двигательные установки

В принципе, отдельные радиолокационные блоки , размещенные вдоль воображаемой решетки на автомобиле, должны работать как один блок с фазированной решеткой большей апертуры. Однако эта схема потребовала бы совместной передачи каждой передающей антенны отдельных подрешеток, а также совместной обработки данных, собранных каждым антенным элементом объединенных подрешеток, что, в свою очередь, потребовало бы, чтобы фазы всех блоков подрешеток были идеально синхронизированы.

Ничего из этого не легко. Но даже если бы это могло быть реализовано, производительность такого идеально синхронизированного распределенного радара все равно была бы намного ниже, чем у тщательно спроектированной, полностью интегрированной, широкоапертурной разреженной антенной решетки.

Рассмотрим две радиолокационные системы на частоте 77 ГГц, каждая с длиной апертуры 1,2 метра и с 12 передающими и 16 приемными элементами. Первый — это тщательно разработанный разреженный массив; второй размещает две 14-элементные эталонные матрицы на крайних сторонах апертуры.Обе системы имеют одинаковую апертуру и одинаковое количество антенных элементов. Но в то время как интегрированный разреженный дизайн работает одинаково хорошо независимо от того, где он сканируется, у разделенной версии возникают проблемы с просмотром прямо вперед, с передней части массива. Это потому, что два пучка антенн широко разнесены, создавая слепое пятно в центре.

В широко разделенном сценарии мы предполагаем два случая. В первом две стандартные радарные решетки на обоих концах разделенной системы каким-то образом идеально синхронизированы.Такое расположение не позволяет обнаруживать объекты в 45% случаев. Во втором случае мы предполагаем, что каждый массив работает независимо и что объекты, обнаруженные каждым из них независимо друг от друга, затем объединяются. Эта схема терпит неудачу почти в 60 процентах случаев. Напротив, тщательно спроектированный разреженный массив имеет лишь незначительную вероятность отказа.

Видение за углом можно легко изобразить в симуляциях. Мы рассмотрели автономный автомобиль, оснащенный нашей системой, приближающийся к городскому перекрестку с четырьмя высотными бетонными зданиями, по одному на каждом углу.В начале моделирования транспортное средство находится в 35 метрах от центра перекрестка, а второе транспортное средство приближается к центру по пересекающейся дороге. Приближающееся транспортное средство не находится в пределах прямой видимости автономного транспортного средства и поэтому не может быть обнаружено без средств обзора за углом.

В каждом из трех частотных диапазонов радиолокационная система может оценивать дальность и пеленг целей, находящихся в пределах прямой видимости. В этом случае дальность до цели равна скорости света, умноженной на половину времени, которое требуется переданной электромагнитной волне, чтобы вернуться к радару. Пеленг цели определяется по углу падения волновых фронтов, принимаемых радаром. Но когда цели не находятся в пределах прямой видимости, а сигналы возвращаются по нескольким маршрутам, эти методы не могут напрямую измерить ни дальность, ни положение цели.

Мы можем, однако, определяет дальность и положение целей. Во-первых, нам нужно различать возвраты в пределах прямой видимости, многолучевого распространения и прохождения через здание. Для заданного диапазона многолучевые отражения обычно слабее (из-за множественных отражений) и имеют другую поляризацию.Отдача через здание также слабее. Если мы знаем основную среду — положение зданий и других стационарных объектов — мы можем построить структуру, чтобы найти возможные положения истинной цели. Затем мы используем эту структуру, чтобы оценить вероятность того, что цель находится в той или иной позиции.

По мере движения автономного транспортного средства и различных целей, а также по мере того, как радар собирает больше данных, каждое новое свидетельство используется для обновления вероятностей. Это байесовская логика, известная по использованию в медицинской диагностике.У больного лихорадка? Если да, то есть ли сыпь? Здесь каждый раз, когда система автомобиля обновляет оценку, она сужает диапазон возможностей до тех пор, пока, наконец, не будут выявлены истинные положения целей, а «призрачные цели» не исчезнут. Производительность системы может быть значительно улучшена за счет объединения информации, полученной из нескольких диапазонов.

Мы использовали эксперименты и численное моделирование для оценки теоретических пределов производительности нашей радиолокационной системы в различных условиях эксплуатации.Дорожные испытания подтверждают, что радар может обнаруживать сигналы, проходящие через препятствия. В ближайшие месяцы мы планируем продемонстрировать круговое зондирование.

Производительность нашей системы с точки зрения дальности, углового разрешения и способности видеть за углом должна быть беспрецедентной. Мы ожидаем, что это позволит сделать вождение более безопасным, чем мы когда-либо знали.

Статьи с вашего сайта

Связанные статьи в Интернете

Аналоговые датчики Холла – Аналоговые магнитные датчики приближения

Логометрические датчики с линейным выходом для обнаружения северного и южного полюсов

Аналоговые датчики Холла

AH и AH5 обеспечивают выходное напряжение, равное ½ напряжения питания с логометрической опцией -5 В, когда магнитное поле отсутствует.Когда обнаруживается поле Южного полюса, выходное напряжение увеличивается в сторону напряжения питания. Поле северного полюса снижает выходное напряжение до 0 В. Датчики AH имеют коэффициент усиления 2,5 мВ/Гаусс для измерения полей +/1000 Гаусс. Датчики AH5 имеют усиление 5,0 мВ/Гаусс для обнаружения полей +/- 500 Гаусс.

Эти датчики также доступны в регулируемом варианте –RG для использования в системах с питанием 12 В и 24 В. Регулятор подает 5В на чувствительный элемент, а датчики выдают 2,5В при отсутствии поля независимо от напряжения питания (8-30В).

Программируемые аналоговые датчики Холла

Sensor Solutions предлагает несколько линеек программируемых аналоговых датчиков Холла для обеспечения максимального размаха выходного сигнала для полей, измеряемых в конкретном приложении. Все следующие датчики предлагаются полностью запрограммированными для применения с температурным коэффициентом для определяемого типа магнита, учитываемым при программировании.

  • PAH Программируемые датчики Холла предлагают программируемое напряжение смещения (0.05-4,95 В) для приложений, в которых необходимо обнаружить поле только от одного полюса. Коэффициент усиления можно запрограммировать в пределах от 0,05 до 14 мВ/Гаусс для использования в приложениях с большими или малыми измеряемыми полями. Выходной сигнал этих датчиков также может иметь инвертированный наклон, так что поле Северного полюса увеличивает выходное напряжение.
  • Программируемые датчики Холла
  • PAM можно запрограммировать по двум точкам для определенного магнита с несколькими зазорами. Их также можно запрограммировать на обнаружение поля в диапазоне +/-1500 Гаусс, что является самым большим диапазоном среди всех наших программируемых датчиков Холла.
  • Программируемые датчики Холла
  • PAL1 — самые быстродействующие аналоговые датчики Холла в нашем каталоге. Эти датчики обновляются с частотой 120 кГц. PAL1 можно запрограммировать с усилением в диапазоне 1,3-2,9 мВ/Гаусс. Другие варианты PALx доступны для усиления 2,9–14,0 м/Гаусс. Свяжитесь с нашими инженерами по применению, чтобы обсудить варианты аналогового датчика Холла с более высоким коэффициентом усиления/высокой частотой.

Полевое программирование и тестирование

В дополнение к нашим пакетным программируемым датчикам Холла компания Sensor Solutions также предлагает более масштабное программирование и тестирование датчиков Allegro, Melexis и Micronas на уровне интегральных схем.Конкретные ИС датчиков, которые в настоящее время доступны в индивидуальном программировании, включают следующее: 

  • Аллегро A1363
  • Мелексис MLX
  • Мелексис MLX

  • Микронас HAL805

Свяжитесь с нашими инженерами по применению, чтобы обсудить варианты для любой из перечисленных выше ИС датчиков или других программируемых аналоговых датчиков Холла, предлагаемых полностью запрограммированными. Датчики также могут быть изготовлены по индивидуальному заказу и при необходимости монтироваться на датчики PCBA.

Магниты для использования с аналоговыми датчиками Холла

Диапазон обнаружения срабатывания аналогового датчика Холла и постоянного магнита зависит от размера, формы и качества магнита, а также от ориентации датчика относительно магнита и направления движения. Чтобы определить подходящий датчик и магнит для данного приложения, свяжитесь с нашими инженерами по приложениям, чтобы обсудить конкретные требования.

В нашем каталоге принадлежностей представлен широкий выбор магнитов-мишеней.Мы предлагаем необработанные магниты с маркировкой Южного полюса, а также магниты, встроенные в болты с резьбой для установки в резьбовые отверстия, и магниты, установленные в зажимные кольца вала для легкой установки на гладкие валы.

Для получения дополнительной информации об аналоговых датчиках Холла и аналоговых магнитных бесконтактных датчиках свяжитесь с инженером Sensor Solutions уже сегодня!

Как проверить, являются ли датчики Холла линейными (аналоговыми) или цифровыми [II]

Многие бесщеточные двигатели, представленные на рынке сегодня, оснащены датчиками Холла. Обычно эти датчики на эффекте Холла являются цифровыми. Однако существуют определенные типы двигателей, оснащенные линейными (аналоговыми) датчиками Холла.

В настоящее время приводы Technosoft используют цифровые датчики Холла только в качестве коммутационной обратной связи, линейные (аналоговые) датчики Холла используются в качестве устройства обратной связи по положению и/или скорости.

Примечание : Датчик Холла представляет собой преобразователь, который изменяет свой выходной сигнал в ответ на магнитное поле.

Обычно тип датчика Холла указывается в брошюре или паспорте двигателя.Если производитель двигателя не предоставляет эту информацию, самый простой способ проверить, являются ли датчики Холла цифровыми или линейными, — использовать вольтметр.

В то время как датчики Холла питаются (обычно 5 В постоянного тока), вольтметр должен быть подключен между одним из выходов датчиков Холла и землей. Затем вал двигателя нужно медленно вращать вручную, проверяя при этом показания вольтметра. Если изменение напряжения является линейным, то датчики Холла являются линейными (аналоговыми). Если напряжение скачет от 0 В до 5 В и обратно, то датчики Холла цифровые.

Вместо вольтметра также можно использовать осциллограф. В этом случае форма сигналов будет более четкой.

Примечания :

A) Хотя большинство приводов Technosoft поддерживают как линейные (аналоговые), так и цифровые датчики Холла, необходимо соблюдать осторожность при подключении выходов датчиков Холла к приводам. Каждый тип датчиков Холла имеет свой набор входных контактов. Цифровые датчики Холла должны быть подключены к контактам HALL1, HALL2 и HALL3, а линейные (аналоговые) датчики Холла должны быть подключены к контактам Lh2, Lh3, Lh4.

B) Тип датчиков Холла также можно проверить с помощью наших приводов. Датчики необходимо подключить к входам линейных датчиков Холла (Lh2, Lh3, Lh4). В EasyMotion Studio или EasySetup должен быть открыт шаблон линейных датчиков Холла. В диалоговом окне «Настройка двигателя» необходимо запустить «Тест подключения сигналов Холла». Если изменение сигналов, отображаемых во время теста, является линейным, то датчики Холла являются линейными (аналоговыми). В противном случае, если сигналы имеют прямоугольную форму, как на рисунке ниже, датчики Холла являются цифровыми.

Преимущества датчиков Холла | Вариом Евросенсор

Датчики Холла

представляют собой бесконтактный датчик положения. Они могут быть как вращающимися, так и линейными, а поскольку они не контактируют друг с другом, они не изнашиваются и имеют практически бесконечный срок службы.

Датчики Холла

представляют собой бесконтактный датчик положения. Они могут быть как вращающимися, так и линейными, а поскольку они не контактируют друг с другом, они не изнашиваются и имеют практически бесконечный срок службы.

Проще говоря, датчики Холла работают таким образом, что магнит выровнен по центру с электроникой датчика Холла. Когда магнит вращается, магнитное поле изменяется, и электроника преобразует это в выходной сигнал относительного положения. В случае линейного зала ход ограничен по этому принципу, но функция в основном такая же.

Датчики Холла

доступны с аналоговыми или цифровыми выходами в зависимости от области применения, для которой они требуются.

Преимущества датчиков Холла

Хотя датчики на эффекте Холла часто считаются более дорогими, чем стандартные линейные или вращательные датчики, это не всегда так, и их часто выбирают из-за их преимуществ;

Они подходят для суровых условий окружающей среды с высокими классами защиты IP до IP68/69K.

Датчики Холла

не изнашиваются, поэтому имеют долгий срок службы, а в случае двухкомпонентной технологии это означает, что они имеют практически неограниченный срок службы.

  • Они очень надежны.
  • Предлагаются предварительно программируемые электрические углы и выходы.
  • Предложите высокоскоростную работу.
  • Возможность работы в широком диапазоне температур.

При выборе датчика на эффекте Холла следует учитывать окружающую область применения, поскольку на эти датчики могут влиять внешние факторы, воздействующие на магнитное поле.

Области применения датчиков Холла

Датчики Холла

имеют широкий спектр применения.Они используются во многих отраслях промышленности, мы видим высокий спрос на них в индустрии автоспорта, где они используются в секвентальных коробках передач, измерении дроссельной заслонки, где очень важен бесконтактный принцип отсутствия износа. Некоторые другие приложения для датчиков Холла включают в себя;

  • Автоматическое оборудование
  • Мобильное транспортное средство
  • Морской
  • Погрузочно-разгрузочное оборудование
  • Сельскохозяйственная техника
  • Технологические и упаковочные машины
  • Машины для резки и перемотки

Чтобы узнать больше о датчиках Холла, прочтите нашу предыдущую запись в блоге «Что такое эффект Холла».

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.