Введение
Приложениям промышленной автоматизации часто требуется обнаружение объектов. Есть много типов датчиков, которые предназначены для обнаружения предметов, сделанных практически из любого материала.
Датчики на эффекте Холла специально разработаны для обнаружения магнитных объектов. Они часто используются в приложениях для измерения скорости / положения.
Что такое датчик приближения на эффекте Холла?
Датчики Холла принадлежат к семье датчики приближения. Они обнаруживают присутствие, используя величину магнитного поля, создаваемого объектом. Принцип эффект Холла используется для обнаружения наличия и напряженности магнитного поля.
Датчики на эффекте Холла могут обнаруживать любой магнитный объект, имеющий правильную полярность и достаточную силу. Сюда входят электромагниты и постоянные магниты, такие как неодим магниты.
Датчики Холла используются в приложениях для определения положения, приближения и скорости. Например, современные автомобили используют датчики эффекта Холла для расчета скорости автомобиля, положения коленчатого вала двигателя и скорости.
Одной из самых популярных систем, в которых используются датчики на эффекте Холла, является Антиблокировочная система тормозов (ABS) системы в транспортных средствах. В приложениях автоматизации датчики Холла находят свое применение в управление двигателем и даже Измерение постоянного тока.
Как работает датчик приближения на эффекте Холла?
Датчики на эффекте Холла в основном состоят из тонкого прямоугольного полупроводника. Полупроводник часто состоит из арсенида галлия (GaAs), арсенида индия (InAs) или антимонида индия (InSb).
Через этот проводник всегда может проходить постоянный ток. Когда магнит помещается рядом с этим тонким полупроводником, он прерывает ток, отклоняя носители заряда в полупроводнике.
Это явление вызывает нарастание разницы напряжений, перпендикулярной току и поперек полупроводника. Это показано на картинке выше как положительные и отрицательные заряды.
Это напряжение называется Напряжение Холла, назван в честь физика Эдвин Герберт Холл кто это открыл. Чтобы создать измеримую разницу напряжений, магнит должен быть:
- Линии магнитного потока должны быть перпендикулярны
- Полюс, направленный к датчику, должен иметь правильную полярность. Часто это Южный полюс магнита.
Типичный датчик на эффекте Холла имеет следующую блок-схему, которая представляет функциональность его схемы.
Регулятор напряжения обеспечивает плавное и стабильное напряжение для датчика, усилителя и других компонентов.
Когда магнитный объект помещается рядом с датчиком, напряжение Холла увеличивается. Усилитель усиливает эту разницу для подачи на триггер Шмитта, чтобы обеспечить чистый выходной сигнал без джиттера.
Когда усиленный сигнал превышает определенный порог, срабатывает триггер Шмитта. Сигнал от триггера Шмитта активирует транзистор.
Транзистор работает как устройство переключения выхода, которое включает или выключает выход. Компонент выходного каскада зависит от типа выхода датчика.
Это может быть транзистор (NPN / PNP), реле или даже необработанный аналоговый сигнал, представляющий силу магнитного поля.
Какие бывают типы датчиков Холла?
Датчики на эффекте Холла можно разделить на несколько категорий.
- Биполярные и однополярные датчики на эффекте Холла
- Биполярные датчики также известны как датчики с фиксацией. Их выходы активируются при наличии положительного магнитного поля (южный полюс). Чтобы выключить / разблокировать выход, необходимо приложить отрицательное поле (северный полюс).
- Однополярные датчики включают выход при наличии южного магнитного полюса и выключают его выход при удалении магнита.
- Цифровые и аналоговые выходы
- Датчики с цифровым выходом выдают особый логический ВЫСОКИЙ или НИЗКИЙ выход, в то время как аналоговые датчики выдают диапазон значений, таких как 0-5 В или 4-20 мА.
Каков диапазон датчика Холла?
Датчики Холла имеют типичный рабочий диапазон около 0-40mm. Однако это также напрямую зависит от плотности магнитного потока объекта.
Более сильные магниты имеют большее влияние и могут срабатывать датчик на относительно большом расстоянии. Более слабые магниты должны быть размещены очень близко к датчику, чтобы он сработал.
В чем разница между датчиком Холла и индуктивным датчиком?
Основное различие между этими двумя датчиками заключается в том, как они обнаруживают объекты. Индуктивные датчики приближения генерируют собственное магнитное поле и отслеживают его изменение для обнаружения объектов.
Это означает, что датчик контролирует изменение собственного магнитного поля внешними объектами.
Датчики на эффекте Холла контролируют внешние магнитные поля. Они требуют, чтобы обнаруживаемый объект создавал собственное магнитное поле. Поэтому датчики на эффекте Холла могут обнаруживать только постоянные магниты и электромагниты.
Индуктивные датчики приближения могут обнаруживать многие типы металлов, такие как железо, медь и алюминий.
Датчики приближения на эффекте Холла чувствительны к магнитным помехам. Индуктивные датчики приближения относительно устойчивы к этим помехам. Однако на производительность обоих датчиков могут влиять экстремальные температуры и скопление микросхем.
Учитывая сложность установки, индуктивные датчики установить относительно проще, поскольку они могут использовать часть машины в качестве объекта обнаружения (т. Е. Датчика ограничения).
Для датчиков Холла требуется специальная магнитная насадка, которая должна быть прикреплена к машине, кроме самого датчика (т. Е. Датчика скорости вращения колеса).
Как использовать датчик эффекта Холла с Arduino
Как и промышленные датчики приближения, на рынке доступны их миниатюрные версии. US5881 / US1881 - одни из популярных датчиков Холла, совместимые с напряжением 5 В.
Это означает, что мы можем легко интегрировать их с Arduino для обнаружения магнитных объектов.
На изображении ниже показано типичное подключение US1881 к Arduino. Резистор 10 кОм действует как подтягивающий резистор для обеспечения стабильного ввода в Arduino, когда объект не обнаружен.
Выходной контакт US1881 может быть подключен к любому цифровому выводу Arduino. Если датчик используется для измерения скорости колеса, может оказаться полезным использование штифта, поддерживающего внешние прерывания.
В этом примере выход датчика Холла подключен к контакту 2 Arduino Uno.
| Const Int светодиодный контакт = 10; Const Int ЗалПин = 2; аннулировать установка() { pinMode (ledPin, ВЫХОД); pinMode (hallPin, INPUT); } аннулировать поиска() { if(digitalRead (hallPin) == LOW) { digitalWrite (ledPin, HIGH); } еще { digitalWrite (ledPin, LOW); } } |
Этот Arduino постоянно отслеживает состояние выхода датчика Холла. Когда магнит помещается рядом с датчиком, он выдает логический НИЗКИЙ сигнал.
Arduino следит за этим и, если сигнал НИЗКИЙ, включает светодиод. Когда магнит отсутствует, на выходе датчика Холла будет ВЫСОКИЙ логический уровень. Наблюдая за этим, Arduino выключает светодиод.
Заключение
В этой статье мы обсудили, что такое датчики приближения на эффекте Холла, как они работают и их применение. Датчики на эффекте Холла чрезвычайно полезны в высокоскоростных приложениях, таких как определение скорости.
В зависимости от области применения также могут быть лучшие альтернативы, такие как индуктивные, оптические или емкостные датчики приближения.
