装备有两个线仪器IC（销量30毫米位移）的霍尔效应系统的分享
装备有两个线仪器IC（销量30毫米位移）的霍尔效应系统的分享
作者:Sanchit Gupta,安德里亚Foletto和安德里亚·弗里德里希
雷竞技竞猜下载快板微系统公司有限责任公司
传统的霍尔传感系统的磁体前部装有单独传感器，但磁场的线性测量仅限于较短的位移路径，除非使用尺寸更大的磁体。某些应用无法在系统内安装大型磁体。需要为此类系统提供一种解决方案，以在更大的位移范围内，获得更好的线性响应。在本应用说明中,我们将研究如何使用两个传感器集成电路来扩大线性检测的位移范围,我们以典型的快板™微系统器件的应用为例。
图 1.拟采用的系统装有两个雷竞技竞猜下载快板MicroSystems A1363传感器集成电路和一个10 mm的圆柱形体
简介
拟采用的系统包含两个霍尔效应线性传感器集成电路,它们以固定的距离安放,并与磁体的平移路径平行(图1)。两个传感器IC的霍尔元件之间的分离间距(P)取决于磁体长度(L),并且与气隙(AG)无关。该过程被称为侧滑工作模式。
图2。侧滑工作模式,采用单独传感器IC和圆柱形磁体的典型配置实例
测量值取决于磁体沿极化轴(北极——南极)的位移(D),其中极化轴与两个IC形成的平面平行。这会使IC暴露于磁体的两级。图 2显示了采用圆柱形磁体的侧滑工作模式的单独传感器 IC 的典型磁场映射。拟采用的系统装有一个 10 mm 长的圆柱形磁体，以确保通过约 30 mm (±15 mm) 的位移进行线性测量。图 3 显示了单独传感器的磁场映射。
图 3.单独传感器IC对长度和直径分别为10毫米的圆柱形磁体(如图1所示的侧滑配置)的检测结果的磁场映射
根据对图 3 中映射的分析可以看出，线性响应的区域仅限于磁体中心的周围，这就解释了为何使用单独传感器只能测量较短的路径。深入分析映射后可以看出，磁场剖面与较大气隙范围内的正弦信号非常相似。如果两个传感器集成电路的磁场映射结果为正弦,当两个信号彼此的相位差为90度时,就能达到最大的线性范围。
利用次数ARCTAN2可管理两个相位差差差范围以达到最大线范围。
其中霍尔 1 和霍尔 2 分别表示传感器 1 和传感器 2 的输出。
因此需要确定两个传感器之间的最佳距离，这样就能达到 90 度的相移，从而减少系统内的线性误差。图4显示了两个传感器IC的映射,它们的安放位置可确保达到90度的相移。在此实例中,使用长度和直径分别为10毫米的磁体时,已选择7毫米的传感器间距。
图 4.磁通量密度与磁体位移的对比
图5显示了代表位销量的反正切佳佳佳性性与与与与曲性曲曲曲曲ーーーーーーーーーーーーーーーーーーーー误差。图6显示显示了误差误差。
图 5.可测量线性误差的arctan2结果的最佳拟合曲线
图6.磁系统的线路误差曲线
分析映射数据以减少线性误差
在本节中,我们将分析两个传感器集成电路之间的间距(图1中的P)和气隙(AG)的变化影响,以确定它们对线性误差的影响。通过在各种气隙下验证线性误差曲线,可确定两个传感器集成电路之间的最佳距离。图 7、图 8 和图 9 分别表示，当传感器间距在 3 - 8 mm 之间变化时，气隙为 3 mm、5.5 mm 和 7.5 mm 时的精度误差。
图7.各种IC间在AG = 3 mm时的线路
图 8.各种IC间距在AG) = 5.5毫米时的线性误差
图 9.各种IC间距在AG) = 7.5毫米时的线性误差
可以认为传感器间距与气隙无关,这样下一步就能在气隙为3毫米,5.5毫米和7.5毫米时,绘制传感器间距IC为7毫米的线性误差曲线(图10)。可以看出，线性误差随气隙的增加而减少。当气隙为7.5毫米时,能以±1%的精度测量30 mm的位移。
图10.7毫米传感器间距在各种气隙下的线性误差与位移的对比
图11显示了7毫米传感器间距在3毫米,5.5毫米和7.5毫米气隙下的线性误差(mm)与位移的对比。同样可以看出，误差随气隙的增加而减少。
图11.7毫米传感器间距在各种气隙下的线性误差范围(±毫米)与绝对位移的对比
通过磁场模拟验证测量值
本节介绍了针对7.5毫米气隙和7毫米传感器间距进行的详细分析。通过模拟磁场系统可验证之前映射产生的测量值。利用模拟结果可进行类似的线性误差分析。用于磁场模拟的工具是ANSYS®麦克斯韦®。
图12显示了7.5毫米气隙和7毫米传感器间距的试验(映射)与模拟结果的输出绘图的对比。在两个实例中可以看的出,正如预期的那样,传感器IC的响应与正弦信号非常相似。
图12.装有器具1和仪器2的繁体的试验值与模拟值模拟值霍输出结果
图13显示了使用两个真传感器集成电路和模拟时的线性误差曲线。误差的测量值以毫米表示。可以看出，磁场模拟的线性误差结果与具有特定尺寸的磁体的映射结果体现的误差结果非常相似。
图 13.保持7毫米传感器集成电路间距和7.5毫米气隙时,A1363的试验值与模拟值的线性误差曲线
使用两个快板传感器IC进行线性误差行为分析
在本节中，需要考虑偏移误差和灵敏度误差的影响，因为它们是每个传感器自身存在的误差。为此,需要分析两个线性传感器集成电路的组合。已使用7.5毫米的气隙和7毫米的传感器间距。我们将使用一对快板器件进行分析,先使用A1363，然后使用A1324。
A1363器材的分析
Allegro A1363是一种具有高度（120 kHz）模拟输出的低噪声，高精度和可编程的霍效应效应性仪IC。为便于分子，在两个a1363器材之间使用了7.5 mm的气隙和7毫米的间距。
需要考虑实际情况下的内在传感器误差。A1363器件在整个汽车温度范围的灵敏度和偏移误差：
- 计算的A1363传感器的灵敏度误差= 2.68%
- 计算的A1363传感器的偏移误差= 4.44克
误差个数取决于器件数据表参数的最坏情况下的统计计算。
已针对分类使用了两个仪IC的最最情况情况情况情况误差误差误差误差合。在针对仪器1的等式2中，为器具1的理想霍对于灵敏度误差和偏移。对于对于器2（等式3），灵敏度与偏移误差的极性已反转：
图 14 显示了受偏移和灵敏度误差的影响，传感器 1 与传感器 2 出现和未出现移位的霍尔电压输出。图 15 显示了考虑和未考虑灵敏度和偏移误差的线性误差曲线。图 16显示了取决于位移的7.5 mm气隙和7 mm传感仪间隔的容许误差。
图 14.考虑和未考虑传感器IC偏移与灵敏度误差的A1363霍尔输出结果
图 15.考虑和未考虑传感器IC偏移与灵敏度误差的A1363线性误差曲线
图 16.考虑和未考虑传感器IC偏移与灵敏度误差的A1363线性误差的容差范围(±毫米)与绝对位移的对比
A1324器件的分析结果
快板A1324是一种具有模拟输出的低噪声霍尔效应线性传感器集成电路。为便于分析,在两个A1324器件之间采用了7.5毫米的气隙和7毫米的间距。
需要考虑实际情况下的内在传感器误差。A1324器件在整个汽车温度范围的灵敏度和偏移误差：
- 计算的A1324传感器的灵敏度误差= 13.61%
- 计算的A1324传感器的偏移误差= 27.10克
误差个数取决于器件数据表参数的最坏情况下的统计计算。
已针对分析采用了两个传感器集成电路的最坏情况下的误差组合。在针对传感器 1 的等式 4 中，已为传感器 1 的理想霍尔输出增加灵敏度误差和偏移误差。对于传感器 2（等式 5），灵敏度与偏移误差的极性已反转：
图17显示了受偏移和灵敏度误差的影响，传感器1与传感器2出现和未出现移位的霍尔电气输出。图19展示了图19显示了取决于位移的7.5 mm气隙和7 mm传感仪间隔的容许误差。
图17.保持7mm仪器IC间距和7.5 mm气隙时，a1324的试验值与模拟值的线路
图18.考虑和未考虑仪器ic偏移与灵敏度误差的a1324霍尔输出结果
图19.考虑和未考虑仪IC偏移与灵敏度误差的A1324线路的容差（±mm）与绝对位移的对比
其他磁体配置的分析
我们采用其他两种圆柱形磁体配置进行了深入分析：
- 将直径5毫米和长度10毫米的圆柱形磁体指定为磁体1
- 将直径10毫米和长度20毫米的圆柱形磁体指定为磁体2
将在上一边中已已过的直径和长度都是10 mm的圆柱形磁体指定为主3。
按在上一节中对磁体3进行的分析,对磁体1进行了相同的分析,结果显示传感器集成电路之间的间距同样也是7毫米。直径的差别不会影响传感器间距。
在对胸部1（直径比磁体3的小）的分析中，检测检测到的磁场强度受到。磁这明系统更受到受到ic灵敏度和偏移容易受到。的长度，为产后两相移为90°的正态信号，两个仪器IC的间隙为12 mm。
可以看出，当磁体更长时（磁体 2），我们能以更小的线性误差测量范围更大的位移。例如,采用±0.03%的精度可测量30 mm位移,采用±0.5%的精度可测量60毫米的位移(图20)。通过应用后处理线性化，可进一步优化分析结果（图 21）。
图 20.各种磁体配置的线性误差的容差范围与绝对位移的对比
图21.可引号误差的反正绕骨线性性化的影响
总结
通过使用两个理想传感器集成电路和一个直径和长度都是10毫米的圆柱形磁体(称为磁体3),可采用±1%的精度测量30 mm的位移。
在放置两个传感器集成电路时,需要确保产生两个相位差为90度的正弦信号,所以,在此情况下,应采用7毫米的传感器间距。
如如体1所示，使用理解器时，繁体的直径不合会影响大位移，但在于在此情况下，检测到到强度减弱，当考虑仪器in（偏移与精密）时，误差会增加。
就像在磁体2的分析中,通过将磁体长度增加到20 mm,可采用±0.03%的精度测量30 mm的位移,或采用±0.5%的精度测量60毫米的位移。在此情况下,应调节传感器IC的间距,以产生两个相位差为90度的正弦信号。
当当传感ic时，线路误差误差略影响影响采类型误差强度影响。如果如果使用非常密强度。
- 使用两个以上的电器IC
- 使用尺寸更大的磁体
- 使用后致理性补偿（引线型化），以以正残留误差
从以上分析可以看出，就位移范围测量和误差容差而言，磁场模拟的结果与各种磁体的经验测量值密切相关。因此，经验分析法与模拟分析法均可采用。