ホール効果センサー
ホール効果センサーは、永久磁石または電磁石の磁場の強さと方向を検出します。ホール効果センサーの出力はその磁場の関数であり、正および負の磁場を検出できます。
ホール効果センサーの動作原理
外部磁場によりホール効果センサーが作動します。磁場は磁束密度 (B) とその磁極 (N 極または S 極など) で表されます。ホール効果センサーの周囲の磁気によって出力信号が決まります。周囲の磁束密度が所定のしきい値を超えると、センサーはホール電圧 VH を生成します。
半導体センサーは、ガリウムヒ素 (GaAs)、インジウムヒ素 (InAs)、インジウムアンチモン (InSb) など、直流を伝導する p 型半導体です。半導体材料は磁場の存在下で力を受け、電子と正孔の両方が半導体層の側面に移動します。電子と正孔がどちらかの側に移動すると、半導体の異なる側の間に電位差が生じます。平らな長方形の材料では、半導体材料に垂直な外部磁場が電子の移動度に大きな影響を与えます。
ホール効果は、磁極の種類とその磁場の強さを示します。たとえば、磁石の一方の極には電圧がありますが、もう一方の極には電圧がありません。ホール効果センサーは通常「オフ」で、磁界がない場合には開回路のように動作します。それらは、強い分極磁界下でのみ閉じられます (閉回路)。
ホール効果磁気センサーの特性
ホール電圧 (V H ) ホール効果センサーの磁界強度 (H) の関数です。ほとんどの市販のホール効果デバイスには、センサーの感度と出力電圧を向上させるために、DC アンプ、スイッチング論理回路、電圧レギュレーターが組み込まれています。これにより、ホール効果センサーはより多くの電力と磁場を処理できるようになります。
ホール効果磁気センサーの回路図
セミアクティブ センサーにはリニア出力またはデジタル出力があります。リニア センサーの出力電圧はホール センサーを流れる磁場に直接関係し、オペアンプによって出力されます。
ホール効果電圧の式
出力電圧の式は次の式で与えられます。
ここで、V H はホール電圧を示し、R H はホール効果係数、Iは電流、tは厚さ、Bは磁束密度を表します。リニアまたはアナログ センサーは、磁場が強くなると増加し、磁場が弱くなると減少する定電圧を生成します。ホール効果センサーでは、磁界の強度が増加すると、電源が飽和するまでアンプの出力信号が増加します。磁場を増加させると出力が飽和しますが、影響はありません。
ホールセンサーの出力が所定の磁束を通過すると、接点は跳ね返ることなく「閉」状態から「開」状態に素早く切り替わります。この内蔵ヒステリシスにより、センサーが磁界内に移動する際の出力信号の発振が防止されます。これは、デジタル出力センサーには「オン」と「オフ」の状態しかないことを意味します。
ホール効果センサーの種類
ホール効果センサーには、バイポーラ ホール効果センサーとユニポーラ ホール効果センサーの 2 つのタイプがあります。単極センサーは、同じ S 磁極の磁場に出入りするときに動作および放電できますが、双極センサーは動作および放電するために正と負の両方の磁場を必要とします。 10 ～ 20mA の出力駆動能力があるため、ほとんどのホール効果デバイスは高電流負荷を直接切り替えることができません。大電流負荷の場合、NPN トランジスタがオープンコレクタ構成で出力に追加されます。
ホール効果センサーのアプリケーション
ホール効果センサーは磁場の存在下でオンになり、可動シャフトまたはガジェット上の単一タイプの永久磁石によって制御されます。感度を最大化するには、磁束線がセンサーの磁場に対して垂直であり、すべての構成で正しい偏向を持っている必要があります。
1: 正面検知
以下に示すように、磁場がホール効果検出器に対して垂直である必要があります。
この手法により、出力信号 V が生成されます。 H 、ホール効果センサーからの距離の関数としてリニア デバイスの磁束密度を測定します。出力電圧は、磁場の強さと磁場の接近に応じて増加します。
2: 横向きの検出
磁石がホール効果素子を横切って横に移動するときに、間接的な磁束が必要です。
横方向または可動式のセンサーは、空隙から一定の距離にあるホール素子の表面を滑る磁界を検出することにより、回転する磁石またはモーターの速度を測定できます。
センサーのゼロ磁場中心線を通過する磁場の位置に応じて、正または負の線形出力電圧を生成できます。垂直方向と水平方向の動きを決定します。
3: 位置制御
磁場がない場合、位置検出器は「オフ」状態のままです。磁石の S 極がホール効果センサー付近に対して垂直方向に移動するとすぐに、デバイスのスイッチが「オン」になり、LED が点灯します。電源を入れると、ホール効果センサーは「オン」状態になります。
LED をオフにするには、磁場が検出可能な最小トリガ点を下回る必要があります。そうでない場合は、負のガウス値を持つ反対側の N 極に直面することもあります。
結論
ホール効果センサーは、磁場の強度だけでなく方向の検出にも使用されます。これらは、自動車、近接センシング、正面、横方向、およびさまざまな磁場の位置検出など、幅広いアプリケーションで使用されています。