Halli efekti andur
Halli efekti andurid tuvastavad püsimagneti või elektromagneti magnetvälja tugevuse ja suuna. Halli efekti anduri väljund on selle magnetvälja funktsioon ja suudab tuvastada nii positiivseid kui ka negatiivseid magnetvälju.
Halli efekti anduri tööpõhimõte
Väline magnetväli aktiveerib saaliefekti andurid. Magnetvälju tähistatakse vootihedusega (B) ja selle magnetpoolustega, näiteks põhja- või lõunapoolusega. Halliefekti anduri ümbritsev magnetism määrab selle väljundsignaali. Kui ümbritseva keskkonna magnetvoo tihedus ületab etteantud läviväärtuse, tekitab andur Halli pinge VH.
Pooljuhtandurid on p-tüüpi pooljuhid, nagu galliumarseniid (GaAs), indiumarseniid (InAs) ja indium antimoniid (InSb), mis juhivad alalisvoolu. Pooljuhtmaterjal kogeb magnetvälja olemasolul jõudu, mis põhjustab nii elektronide kui ka aukude liikumist pooljuhtkihi külgedele. Kui elektronid ja augud liiguvad kummalegi poole, tekib pooljuhtide erinevate külgede vahel potentsiaalide erinevus. Lamedate ristkülikukujuliste materjalide puhul avaldab pooljuhtmaterjaliga risti asetsev väline magnetväli elektronide liikuvusele suuremat mõju.
Halli efekt näitab magnetpooluse tüüpi ja selle väljatugevust. Näiteks ühel magneti poolusel on pinge, teisel aga mitte. Halli efekti andurid on tavaliselt välja lülitatud ja magnetvälja puudumisel toimivad nagu avatud vooluring. Need on suletud ainult tugevalt polariseeritud magnetvälja all (suletud vooluring).
Halli efekti magnetanduri omadused
Saali pinge (V H ) on selle magnetvälja tugevuse (H) funktsioon. Enamik kaubanduslikke saaliefekti seadmeid sisaldavad alalisvooluvõimendeid, lülitusloogikalülitusi ja pingeregulaatoreid, et parandada andurite tundlikkust ja väljundpingeid. See võimaldab hallefekti anduril toime tulla suurema võimsus- ja magnetväljaga.
Halli efekti magnetanduri vooluringi skeem
Poolaktiivsetel anduritel on lineaarsed või digitaalsed väljundid. Lineaaranduri väljundpinge on otseselt seotud Hall-andurit läbiva magnetväljaga ja selle väljastab operatiivvõimendi.
Halli efekti pinge võrrand
Väljundpinge võrrand saadakse järgmiselt:
Siin, V H tähistab saali pinget, R H tähistab halli efekti koefitsienti, I tähistab voolu, t tähistab paksust ja B tähistab magnetvoo tihedust. Lineaarsed või analoogandurid toodavad konstantset pinget, mis suureneb tugevamate magnetväljade korral ja väheneb nõrgemate väljadega. Hall-efekti anduris suureneb magnetvälja tugevuse kasvades võimendi väljundsignaal kuni toiteallika küllastumiseni. Magnetvälja suurendamine põhjustab väljundi küllastumist, kuid sellel pole mõju:
Kui saalianduri väljund ületab seda läbiva magnetvoo etteantud taseme, lülituvad kontaktid kiiresti suletud olekust avatud olekusse ilma põrkamata. See sisseehitatud hüsterees takistab väljundsignaali võnkumist, kui andur liigub magnetvälja. See tähendab, et digitaalväljundanduril on ainult 'sees' ja 'väljas' olekud.
Halli efekti andurite tüübid
Halli efekti andureid võib olla kahte tüüpi: bipolaarsed saaliefekti andurid ja unipolaarsed saaliefekti andurid. Unipolaarsed andurid võivad töötada ja tühjeneda magnetvälja sisenemisel ja sealt väljumisel sama lõunapoolse magnetpoolusega, samas kui bipolaarsed andurid vajavad töötamiseks ja tühjenemiseks nii positiivseid kui ka negatiivseid magnetvälju. Tänu oma 10-20mA väljundajami võimalustele ei suuda enamik saaliefekti seadmeid suurt voolukoormust otse ümber lülitada. Tugevate voolukoormuste korral lisatakse väljundisse avatud kollektori paigutusega NPN-transistor.
Halli efekti andurite rakendused
Halli efekti andurid lülitatakse SISSE magnetvälja olemasolul ja neid juhib liikuval võllil või vidinal üks püsimagnet. Tundlikkuse maksimeerimiseks peavad magnetvoo jooned olema anduriväljaga risti ja kõigis konfiguratsioonides õige polarisatsiooniga.
1: asuge tuvastamisele
See nõuab, et magnetväli oleks saaliefekti detektoriga risti, nagu allpool näidatud:
See tehnika tekitab väljundsignaali V H , mis mõõdab magnetvoo tihedust lineaarsetes seadmetes kauguse funktsioonina Halli efekti andurist. Väljundpinge suureneb koos magnetvälja tugevuse ja selle lähedusega.
2: Külgsuunas tuvastamine
See nõuab kaudset magnetvoogu, samal ajal kui magnet liigub külgsuunas üle saaliefekti elemendi.
Külgmised või liigutatavad andurid suudavad mõõta pöörlevate magnetite või mootorite kiirust, tuvastades Halli elemendi pinnal õhuvahest teatud kaugusel libiseva magnetvälja.
Sõltuvalt anduri nullvälja keskjoont läbiva magnetvälja asendist saab tekitada positiivse või negatiivse lineaarse väljundpinge. See määrab vertikaalsed ja horisontaalsed liikumised.
3: positsiooni juhtimine
Asendiandur jääb magnetvälja puudumisel väljalülitatud olekusse. Niipea kui magneti lõunapoolus liigub risti saaliefekti anduri lähedusse, lülitub seade sisse ja LED süttib. Sisselülitamisel on saaliefekti andur olekus 'ON'.
LED-i väljalülitamiseks peab magnetväli langema allapoole oma minimaalset tuvastatavat käivituspunkti või võib see olla vastamisi ka negatiivse gaussi väärtusega vastassuunalise põhjapoolusega.
Järeldus
Halli efekti andureid kasutatakse nii suuna kui ka magnetvälja tugevuse tuvastamiseks. Neid kasutatakse mitmesugustes rakendustes, sealhulgas autotööstuses, läheduse tuvastamisel, pea peal, külili ja erinevate magnetväljade asukoha tuvastamisel.