Обично у процесу коришћења џојстика постоје два начина да се постигне аналогни излазни сигнал: облик Холовог сензора и тип потенциометра.
1, Овај чланак има за циљ да разјасни основни принцип имплементације Холовог сензора, разлике, предности и недостатке између 2Д Халл и 3Д Халл.
Дефиниција Холовог ефекта:
Холов ефекат је открио физичар Хол 1879. Он дефинише однос између магнетног поља и индукованог напона. Овај ефекат је потпуно другачији од традиционалне електромагнетне индукције.
——Слика са Интернета
Као што је горе приказано, када електрична струја пролази кроз проводник који се налази у магнетном пољу (осенчена површина), магнетно поље врши силу на електроне у проводнику окомито на смер кретања електрона, што доводи до разлике потенцијала у оба смера управно на проводник и линију магнетне индуктивности.
Када се на полупроводник примени магнетно поље окомито на смер струје, електрони и рупе у полупроводнику ће бити привучени Лоренцовом силом у различитим правцима и агрегирати у различитим правцима. Електрично поље ће се генерисати између сакупљених електрона и рупа. Након што су сила електричног поља и Лоренцова сила избалансиране, оне се више неће агрегирати. У овом случају, електрично поље ће учинити следеће електроне и рупе подложним сили електричног поља и уравнотежити Лоренцову силу коју генерише магнетно поље, тако да наредни електрони и рупе могу да пролазе глатко без одступања, што је Холов ефекат . Разлика напона између две стране назива се Холов напон.
Шематски приказ
Електрон ствара разлику потенцијала у магнетном пољу што резултира Лоренцовом силом
Лоренцова сила Ф=кЕ плус квБ/ц
Дакле, поље Хол
УХ=РХ·И= -Б·И /(к·н·ц)
Примена Холовог ефекта:
Иако је Холов ефекат откривен раније, он је био ограничен развојем константних магнета и електронских компоненти. Халл сензори су се први пут појавили око 1970-их.
Основни Холов сензор је дизајниран као високо поуздано интегрисано коло са Холовим чипом паковањем чипа кола од силицијум монокристалног материјала у непропусну структуру паковања.
Међутим, због проблема са дизајном кола, Халлов чип који се користи по први пут ће произвести велике промене напона због температурног одступања, што се не може применити у стварном индустријском окружењу.
Касније, све до 1990-их, неке компаније, као што је МЛКС, користиле су кола за компензацију температуре да би компензирале утицај параметара везаних за температуру у формули за израчунавање магнетног поља, тако да се магнетно поље не мења са температуром. Штавише, Холов чип је реализовао програмабилни рад, који не мора да прилагођава аналогни излаз који је поставио Халл чип захтевима коришћења, и у великој мери проширује сценарио коришћења и обим Холовог чипа.
Халл чип је почео да се широко користи у индустријском и аутомобилском окружењу, користи се за процену параметара померања и угла ротације и претвара их у аналогни излаз.
Након компаније МЛКС, многи произвођачи ИЦ у земљи и иностранству придружили су се развоју Халл чипа. Конвенционални Холов чип који се сада користи обично је направљен од више Холових чипова који су постављени за процену редунданције, што у великој мери побољшава резолуцију и тачност аналогног излаза.
Употреба Халла у ручки:
Ране индустријске ручке су постигле аналогни излаз кроз ротирајућу структуру ручке, која је гурала метак да покреће хидраулични вентил. Биће недостатака у интелигентном управљању и логичком дизајну, а хидраулички уређај ће неизбежно имати феномен цурења уља, који се не може користити на сцени са високим захтевима за ниво загађења или на сцени која захтева чисто окружење.
Хидрауличка употреба облика метка
——Слика са Интернета
Халл је први употребио Данфосс, немачки произвођач у џојстицима. Његови главни производи су ЈС1, ЈС1000 и тако даље.
Произвођачи Халл чипова се обично користе у ручки, укључујући МЛКС, ТИ, МцГахн и тако даље.
Постоје разлике између 2Д равни хале и 3Д хале према различитим методама употребе.
Разлика између 2Д сале и 3Д сале:
Уобичајено, употреба Хола у дршци је подељена на ротационо и померање и љуљање. Ротациони тип је 2Д Халл, а тип померања и замаха је 3Д Халл.
* Обратите пажњу на употребу магнетног челика:
Без обзира на облик хале, постоје два критична захтева контроле да би се постигла стабилност рада хале.
Први је растојање између магнетног челика и Холовог центра, које варира у зависности од модела Холовог чипа. Обично је око 1 ~ 5 мм.
Друга је величина магнетизације магнетног челика, према моделу Холовог чипа је различита, углавном у десетинама мТ до стотинама мТ.
Ако је било који од два параметра ван опсега или је одступање велико, то ће узроковати нестабилност Холовог чипа, што ће резултирати мутацијом излаза или излазном девијацијом.
Поред тога, генерално, магнетни челик неће изазвати девијацију излаза услед демагнетизације током дуготрајне употребе, а његов кључни параметар је коерцитивност магнетног челика. Коерцитивност се односи на то да се интензитет магнетне индукције Б не враћа на нулу када се спољашње магнетно поље врати на нулу након магнетизације магнетног материјала засићења. Само додавањем магнетног поља одређене величине у супротном смеру од првобитног поља магнетизације, интензитет магнетне индукције може се вратити на нулу, што се назива коерцитивно магнетно поље или коерцитивна сила.
Генерално, коерцитивност магнетног челика захтева Хцб већу или једнаку 850КА/м; Интринзична коерцитивност Хцј Већа или једнака 955КА/м. Главни фактор утицаја је материјал од магнетног челика. Генерално, коерцитивност феритног материјала је мала, што ће довести до демагнетизације магнетног челика дуго времена. А коерцитивност НдФеб материјала је већа, обично не-дуготрајна висока температура (изнад 60 ~ 80 степени) у условима употребе, употреба од око пет до десет година је више него довољна.
Магнетни челик који се користи за ручку је обично магнетни челик Н35 Ндфеб.
Остали контролисани елементи магнетног челика су реманенција Бр и производ максималне магнетне енергије БХ(мак).
1. Ротациони тип:
Ротари Халл се обично поставља у центар осе ротације, а смер магнетизације је радијалан. Када се осовина ручке окрене, напон Хола се генерише услед промене магнетног флукса кроз Холов сензор.
Предности овог начина употребе су:
1. Добра симетрија напона;
2. Ниска тежина реализације;
3. У случају ручке са двоструком осовином, интерференција КСИ осе је мала;
4. Једноосна ручка заузима мање простора.
5. Мала тежина магнетизације.
6. Угао ротације може бити велики (мањи од 360 степени)
Недостаци су:
1. Када се реализује ручица са две осе, она треба да заузима релативно велики простор;
2. Мора се користити у центру ротације.
Врста ротације
1. Формула померања:
Обично је употреба померања такође употреба 3Д Халла, као што је први чип МТ1531 са заставицом. Обично је смер магнетизације радијалан. На овај начин, челик магнетног поља треба да има магнетни флукс од 0мТ у средњој тачки, који је максималан са обе стране. Када се магнетни челик магнетизује на овај начин, неопходно је да постоје захтеви за уједначеност магнетизације са обе стране тракастог магнетног челика или закривљеног магнетног челика. Ако је величина магнета другачија, расподела магнетног флукса ће бити неуједначена, што ће резултирати линеарним одступањем излаза на обе стране када се дршка потресе.
Предности:
1. Структура је једноставна и цена хале померања је ниска;
2. Боља је структурна фаза магнетног челика коју је тешко поставити у центар ротације;
3. Флексибилна структура, може учинити више варијанти структуре.
Недостаци:
1. Магнетном челику је потребна симетрија магнетизирања;
2. Генерално, веома је тешко остварити линеарну симетрију формуле померања;
3. Угао ротације не би требало да буде превелик; (обично не прелази 40 степени)
——Слика из спецификације МЛКС90333
1. Тип љуљачке:
Осцилирајућа хала је уобичајена реализација двоосне хале. Реализује двоосни или чак вишеосни излаз једног чипа суперпонирањем више Холових чипова на Холов сензор.
Обично је правац магнетизације магнетног челика аксијална магнетизација, а аксијална магнетизација кружног магнетног челика ће у великој мери смањити потешкоће магнетизације.
——Слика из спецификације МЛКС90333
За Холове сензоре, иако је један 3Д чип скупљи од 2Д чипа, цена имплементације биаксијалног излаза је релативно нижа од коришћења два 2Д чипа.
Предности:
1. Магнетни челик има ниску потешкоћу магнетизације. Ниска потешкоћа у монтажи;
2. Биаксијални трошак реализације је низак;
3. Хоризонтални простор дршке је мање заузет;
Недостаци:
1. Захтев за померањем Холове закрпе је релативно висок, а захтев за померањем СМТ-а генерално није већи од 1/2 стопе заваривања; У супротном, доћи ће до великих биаксијалних сметњи (то јест, када се гура једна оса, друга оса има излазне флуктуације, 3Д Халл не може избећи биаксијалне сметње, али генерално унутар опсега излазног одступања се сматра квалификованим)
2. Трошкови постизања једноосног излаза биће већи;
3. Угао ротације је мањи од типа померања (углавном не већи од 30 степени);
ХЈ8 ручка Схангхаи Цхен Гонг Елецтриц Цонтрол користи 3Д салу МЛКС90333.
Ии. Фактори који утичу на Холову излазну девијацију:
Уопштено говорећи, фактори који утичу на Холов излазни напон су углавном следећи разлози. Уопштено говорећи, пошто се чип ретко поквари, узроци одступања излазног напона се углавном анализирају из промене магнетног флукса:
1. Промене у магнетном флуксу изазване магнетним челиком:
Магнетни челик ће променити магнетни флукс, а тиме и излазни напон из различитих разлога, као што су:
А. Лоша заштита доводи до адсорпције гвожђа у праху на магнетном челику, што резултира променом магнетног флукса.
Б. Неправилно причвршћивање магнетног челика доводи до лабављења магнетног челика;
Ц. Скривене пукотине постоје када је магнетни челик закиван или фиксиран, што може довести до пукотина и промена магнетног флукса након високе и ниске температуре.
Начини да се избегне:
Ове факторе треба анализирати и пратити мере побољшања у ФЕМА дизајна и процеса.
2. Промене магнетног флукса изазване спољним узроцима:
Генерално, магнетни флукс кроз Холов чип се мења због флуктуација кола изазваних спољним магнетним пољем или утицајем напона, што утиче на излаз.
Начини да се избегне:
Спроведен је ЕМЦ тест, а штитни штит је коришћен за повећање заштите Холовог чипа.
3. Одступање излаза узроковано механичком структуром:
Након дуготрајне употребе, повећање механичког клиренса доводи до повећања излазног одступања.
Начини да се избегне:
Оптимизујте структурални дизајн.
4. Нерегулисано напајање екстерног улазног напона:
Уопштено говорећи, номинални Холов улазни напон произвођача Холове ручке је 5.0Вдц±0.5В, али у пракси се овај напон односи на напон који покреће Холов сензор. Ако је излазни напон за калибрацију 0.5~2.5В~4.5В излаз, улазни 5.5В напон, тада ће средњи излазни напон бити 2.75В, изван опсега средњих захтева. Стога се купцима генерално каже да користе регулисано напајање. Одступање напајања је генерално ±0.2В са условима у најбољем опсегу од ±0.1В.