ما هو الفرق بين قاعة تأثير الاستشعار الحالية واستشعار الموقف

يعد استخدام تأثير هول لقياس التيار قويًا بطبيعته ، ولكنه يمكن أن يكون أداة أكثر تنوعًا عندما يتعلق الأمر بالاستشعار عن الموضع.

الاستشعار ، بكل أشكاله ، أمر أساسي للعديد من التطبيقات. إنه ينطوي دائمًا على مادة تعمل كمحول ، لتحويل خاصية إلى أخرى. في الإلكترونيات ، سيكون لعنصر الاستشعار خصائص فيزيائية تتغير نتيجة لعمل الاستشعار ، مثل مقاومته أو تفاعله مما يسمح بقياس التغير في التيار أو الجهد.

تأثير هول

في عام 1879 ، اكتشف إدوين هول أنه عندما يتم تقديم موصل أو أشباه الموصلات التي تتدفق الحالي في اتجاه واحد عموديًا على المجال المغناطيسي ، يمكن قياس الجهد في الزوايا اليمنى إلى المسار الحالي. لقد ثبت جيدًا أن تأثير Hall ينتج عن تفاعل الجسيمات المشحونة ، مثل الإلكترونات ، استجابةً للحقول الكهربائية والمغناطيسية.

يتجلى تأثير Hall ، كما هو مطبق على المستشعرات ، إما كالفرق في الجهد القابل للقياس عبر الموصل الذي يجب أن يوجد به تيار ثابت ، أو كفرق تيار قابل للقياس عبر الموصل الذي يجب أن يتدفق من خلاله جهد ثابت (الشكل 1) . فرق الجهد يتناسب مع قوة المجال المغناطيسي. هذا يعني أنه يمكن استخدام تأثير Hall بطريقتين محددتين للغاية ، على الرغم من أن التأثير الأساسي هو نفسه في كلتا الحالتين.

1. فيما يتعلق بأجهزة الاستشعار ، فإن تأثير Hall هو إما فرق جهد قابل للقياس عبر الموصل من خلاله يجب أن يكون هناك تيار ثابت ، أو فرق تيار قابل للقياس عبر موصل يجب أن يتدفق من خلاله جهد ثابت.

مستوى الإشارة بسبب اختلاف المجال ، نسبة إلى الضوضاء الخلفية ، صغير (مدى rangeV). لذلك ، فإنه يتطلب مسارات إشارة متطورة للغاية من أجل الاستفادة منها.

دون الرغبة في تخفيض قيمة اكتشاف إدوين هول بأي شكل من الأشكال ، يكون التأثير حقًا امتدادًا لاستخدام قوة لورنتز ، التي تصف التفاعل بين القوى الكهربائية والمغناطيسية على شحنة نقطة بسبب اختلاف المجال الكهرومغناطيسي.

بعبارات بسيطة ، في حالة تأثير Hall ، تصف قوة Lorentz التأثير الذي يحدثه الحقل المغنطيسي على جسيم مشحون ، وتحديداً الاتجاه الذي سيُضطر إلى أخذه عندما يمر عبر موصل معرض لحقل مغناطيسي. ينتج عن الحركة الفيزيائية شحنة أكثر أو أقل عبر سطح الموصل ، مما ينتج عنه اختلاف محتمل يعرف باسم فولطية هول.

قاعة تأثير الاستشعار الحالية

حقيقة أن تأثير هول يعتمد على مجال مغناطيسي يعني أنه يمكن استخدامه كتقنية تلامس. وبالتالي ، فهو غير تدخلي ، على عكس الطريقة الأكثر شيوعًا للاستشعار الحالي ، والذي يتكون من استخدام مقاوم منخفض القيمة كتحويل وقياس انخفاض الجهد عبره. يعد استخدام تأثير Hall للقياس الحالي قويًا بطبيعته في التطبيقات عالية الطاقة ، لأنه لا يعتمد على إمكانات الأرض كمرجع.

باستخدام مستشعر تيار تأثير هول تقليدي ، يعني ذلك وضع المستشعر عموديًا على المجال المغناطيسي واستخدام مكثف ، وهو عادةً جوهر مغناطيسي مغنطيسي يتشكل إما كحلقة أو مربع ، ويوضع حول الموصل الذي يحمل التيار المراد قياسه (الشكل. 2) . عادة ما يتم تعليق المستشعر في فجوة هوائية صغيرة تكون بين طرفي النواة المغناطيسية.

2. إليك مقارنة بين كيفية وضع أجهزة استشعار تأثير Hall-IMC و Hall-IMC التقليدية.

باستخدام مستشعر تيار IMC-Hall ، يتم وضع عنصر الاستشعار بالتوازي مع التدفق الحالي (الشكل 2 ، مرة أخرى) . في هذه الحالة ، ليس هناك حاجة إلى النواة المغناطيسية ؛ ومع ذلك ، قد يكون من الضروري درع الحصانة الحديث المتبادل. هذا يعني أنه يمكن استخدامه لقياس التيار المتدفق في شريط ناقل أو مسار ثنائي الفينيل متعدد الكلور فقط عن طريق وضع المستشعر على الشريط أو المسار. يتم تمكين هذا النوع من المستشعرات بواسطة تقنية IMC-Hall باستخدام المكثف المغناطيسي المتكامل (IMC) الذي طورته Melexis (انظر أدناه) .

في الأساس ، هو المجال المغناطيسي الذي تم إنشاؤه بواسطة التيار الذي يتم اكتشافه بفضل تأثير Hall ، بدلاً من التيار نفسه.

قاعة تأثير موقف الاستشعار

يمكن استخدام نفس المبدأ لاكتشاف وجود أو عدم وجود أو قرب مجال مغناطيسي. على نحو فعال ، يمكن الكشف عن فولطية Hall الناتجة عن حركة المغناطيس أعلى المستشعرات وتضخيمها ومعالجتها. يقدم هذا فرصة لاستخدام تأثير Hall للكشف عن موضع أو حتى اتجاه الكائنات فيما يتعلق بالمستشعر.

في تطبيق بسيط ، قد يكون هذا خشنًا نسبيًا ، مثل عندما يكون الكمبيوتر المحمول مفتوحًا أو مغلقًا. أو قد يكون أكثر تعقيدًا عند استخدامه للكشف عن الحركة الخطية أو الدوران ، مثل التباين في موضع جسم متحرك (الشكل 3) . في هذا الصدد ، يعد استخدام تأثير Hall للاستشعار عن الموضع أكثر تنوعًا بكثير من استخدامه كمستشعر حالي.

المكثف المغناطيسي المتكامل (IMC)

أحد عيوب معظم أجهزة استشعار تأثير هول ، والتي تتعلق بالطريقة التي يعمل بها التأثير ، هو أن لوحة هول المستخدمة لاستشعار المجال تقتصر على محور واحد فقط.

ولمعالجة هذا العيب ، طورت شركة Melexis جهاز المكثف المغناطيسي المتكامل ، أو IMC ، مما يجعل تأثير القاعة أكثر مرونة. يسمح IMC لمستشعرات التأثير Hall ، أثناء بقائه في الطائرة ، باكتشاف المجالات المغناطيسية من المحاور X و Y و Z (الشكل 4) . وبالتالي ، فإن فوائد التطبيق متعددة ، بما في ذلك مرونة اتجاه المستشعر.

4. يسمح المكثف المغناطيسي المتكامل لأجهزة استشعار تأثير Hall ، أثناء بقائه في الطائرة ، باكتشاف المجالات المغناطيسية من محاور X و Y و Z.

قاعة استشعار تأثير في تطبيقات السيارات

مع تضمين تقنية IMC ، يمكن للعديد من التطبيقات في صناعة السيارات استخدام تأثير Hall. من خلال التشغيل في ثلاثة أبعاد ، يمكن استخدام مستشعر Hall-effect للكشف عن موضع الدواسات ودوران عمود التوجيه وحالة ذراع الفرامل وموضع المقاعد التي تعمل بالكهرباء.

يمكن أيضًا تطبيقها تحت غطاء المحرك لرصد المضخات والمحركات ذات الأجزاء المحركة ، وكذلك لقياس التيار المسحوب بواسطة الأجزاء المكهربة من مجموعة الحركة ، مثل العاكس ، ونظام مراقبة البطارية (BMS) ، أو شاحن متن (OBC).

استنتاج

بعبارات أساسية ، يمكن استغلال ظاهرة تأثير القاعة بعدد من الطرق المفيدة ، بما في ذلك الاستشعار عن بعد والاستشعار عن الموضع الحالي. على الرغم من التحديات الكبيرة ، مثل انخفاض نسبة الإشارة إلى الضوضاء أو تأثير مجال الضالة ، نجحت صناعة الإلكترونيات في تطوير حلول استشعار دقيقة ودقيقة على أساس تأثير هول.

على وجه الخصوص ، تعني إضافة واجهة أمامية تناظرية قوية ومسار للإشارة الرقمية ، إلى جانب تقنيات الملكية مثل Melexis 'IMC-Hall ، أن تأثير Hall يمكن تطبيقه على القياس الحالي واستشعار الموضع - حتى في البيئات القاسية مثل السيارات صناعة.

لمزيد من المعلومات ، يرجى الاتصال بنا على sales@xfullstar.com