जॉयस्टिक हॉल सिद्धांत कार्यान्वयन

आमतौर पर जॉयस्टिक के उपयोग की प्रक्रिया में, एनालॉग आउटपुट सिग्नल प्राप्त करने के दो तरीके होते हैं: हॉल सेंसर फॉर्म और पोटेंशियोमीटर प्रकार।

1, इस लेख का उद्देश्य हॉल सेंसर के बुनियादी कार्यान्वयन सिद्धांत, 2डी हॉल और 3डी हॉल के बीच अंतर, फायदे और नुकसान को स्पष्ट करना है।

हॉल प्रभाव की परिभाषा:

हॉल इफेक्ट की खोज भौतिक विज्ञानी हॉल ने 1879 में की थी। यह चुंबकीय क्षेत्र और प्रेरित वोल्टेज के बीच संबंध को परिभाषित करता है। यह प्रभाव पारंपरिक विद्युत चुम्बकीय प्रेरण से बिल्कुल अलग है।

——छवि इंटरनेट से

जैसा कि ऊपर दिखाया गया है, जब एक विद्युत प्रवाह एक चुंबकीय क्षेत्र (छायांकित सतह) में स्थित कंडक्टर के माध्यम से गुजरता है, तो चुंबकीय क्षेत्र इलेक्ट्रॉनों की गति की दिशा में लंबवत कंडक्टर में इलेक्ट्रॉनों पर एक बल लगाता है, जिसके परिणामस्वरूप एक संभावित अंतर होता है। दोनों दिशाओं में कंडक्टर और चुंबकीय अधिष्ठापन रेखा के लंबवत।

जब सेमीकंडक्टर पर करंट की दिशा के लंबवत एक चुंबकीय क्षेत्र लगाया जाता है, तो सेमीकंडक्टर में इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों को अलग-अलग दिशाओं में लॉरेंत्ज़ बल द्वारा आकर्षित किया जाएगा और अलग-अलग दिशाओं में एकत्र किया जाएगा। एकत्रित इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों के बीच विद्युत क्षेत्र उत्पन्न होगा। विद्युत क्षेत्र बल और लोरेंत्ज़ बल संतुलित होने के बाद, वे एकत्र नहीं होंगे। इस मामले में, विद्युत क्षेत्र बाद के इलेक्ट्रॉनों और छेदों को विद्युत क्षेत्र बल के अधीन कर देगा और चुंबकीय क्षेत्र द्वारा उत्पन्न लोरेंत्ज़ बल को संतुलित करेगा, ताकि बाद के इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों को बिना विचलन के सुचारू रूप से पारित किया जा सके, जो कि हॉल प्रभाव है . दोनों पक्षों के बीच वोल्टेज अंतर को हॉल वोल्टेज कहा जाता है।

योजनाबद्ध आरेख

इलेक्ट्रॉन चुंबकीय क्षेत्र में एक संभावित अंतर पैदा करता है जिसके परिणामस्वरूप लोरेंत्ज़ बल होता है

लोरेंत्ज़ बल F=qE प्लस qvB/c

तो हॉल फील्ड

यूएच=आरएच·आई= -बी·आई /(क्यू·एन·सी)

हॉल प्रभाव का अनुप्रयोग:

हालांकि हाल प्रभाव की खोज पहले की गई थी, यह स्थिर चुम्बकों और इलेक्ट्रॉनिक घटकों के विकास द्वारा सीमित था। हॉल सेंसर पहली बार 1970 के दशक के आसपास दिखाई दिए।

बेसिक हॉल सेंसर को सिलिकॉन सिंगल क्रिस्टल सामग्री के सर्किट चिप को एयर-टाइट पैकेजिंग संरचना में पैकेजिंग करके एक अत्यधिक विश्वसनीय हॉल चिप इंटीग्रेटेड सर्किट के रूप में डिज़ाइन किया गया है।

हालांकि, सर्किट डिजाइन की समस्याओं के कारण, पहली बार उपयोग की जाने वाली हॉल चिप तापमान के बहाव के कारण बड़े वोल्टेज परिवर्तन का उत्पादन करेगी, जिसे वास्तविक औद्योगिक वातावरण में लागू नहीं किया जा सकता है।

बाद में, 1990 के दशक तक, कुछ कंपनियों, जैसे MLX, ने चुंबकीय क्षेत्र गणना सूत्र में तापमान संबंधी मापदंडों के प्रभाव को ऑफसेट करने के लिए तापमान मुआवजा सर्किट का उपयोग किया, ताकि चुंबकीय क्षेत्र तापमान के साथ न बदले। इसके अलावा, हॉल चिप ने प्रोग्रामेबल ऑपरेशन को महसूस किया है, जिसे हॉल चिप द्वारा उपयोग की आवश्यकताओं के लिए एनालॉग आउटपुट सेट को अनुकूलित करने की आवश्यकता नहीं है, और हॉल चिप के उपयोग परिदृश्य और दायरे को बहुत व्यापक करता है।

औद्योगिक और वाहन पर्यावरण में हॉल चिप का व्यापक रूप से उपयोग किया जाने लगा, विस्थापन और रोटेशन कोण के पैरामीटर का न्याय करने के लिए उपयोग किया जाता था, और उन्हें एनालॉग आउटपुट में परिवर्तित किया जाता था।

एमएलएक्स कंपनी के बाद, हॉल चिप के विकास में देश और विदेश में कई आईसी निर्माता शामिल हुए। अब उपयोग की जाने वाली पारंपरिक हॉल चिप आमतौर पर अतिरेक निर्णय के लिए आरोपित कई हॉल चिप्स से बनी होती है, जो एनालॉग आउटपुट के रिज़ॉल्यूशन और सटीकता में बहुत सुधार करती है।

हैंडल में हॉल का उपयोग:

शुरुआती औद्योगिक हैंडल ने हैंडल की घूर्णन संरचना के माध्यम से एनालॉग आउटपुट प्राप्त किया, जिसने हाइड्रोलिक वाल्व को चलाने के लिए बुलेट को धक्का दिया। बुद्धिमान नियंत्रण और तर्क डिजाइन में कमियां होंगी, और हाइड्रोलिक डिवाइस में अनिवार्य रूप से तेल रिसाव की घटना होगी, जिसका उपयोग उच्च प्रदूषण स्तर की आवश्यकताओं या स्वच्छ वातावरण की आवश्यकता वाले दृश्य में नहीं किया जा सकता है।

बुलेट फॉर्म का हाइड्रोलिक उपयोग

——छवि इंटरनेट से

हॉल का उपयोग पहली बार एक जर्मन निर्माता डैनफॉस द्वारा जॉयस्टिक में किया गया था। इसके मुख्य उत्पाद JS1, JS1000 इत्यादि हैं।

हॉल चिप निर्माताओं का आमतौर पर हैंडल में उपयोग किया जाता है, जिसमें एमएलएक्स, टीआई, मैकगैन और इतने पर शामिल हैं।

विभिन्न उपयोग विधियों के अनुसार 2डी प्लेन हॉल और 3डी हॉल के बीच अंतर हैं।

2D हॉल और 3D हॉल के बीच अंतर:

आम तौर पर, हैंडल में हॉल का उपयोग रोटरी और विस्थापन और स्विंग में बांटा गया है। रोटरी प्रकार 2D हॉल है, और विस्थापन और स्विंग प्रकार 3D हॉल है।

* चुंबकीय स्टील के उपयोग पर ध्यान दें:

हॉल फॉर्म के बावजूद, हॉल के काम की स्थिरता प्राप्त करने के लिए दो महत्वपूर्ण नियंत्रण आवश्यकताएं हैं।

पहला है मैग्नेटिक स्टील और हॉल सेंटर के बीच की दूरी, जो अलग-अलग हॉल चिप मॉडल के अनुसार बदलती रहती है। यह आम तौर पर लगभग 1 ~ 5 मिमी है।

दूसरा चुंबकीय स्टील का मैग्नेटाइजेशन आकार है, हॉल चिप मॉडल के अनुसार अलग-अलग है, आम तौर पर दर्जनों एमटी से सैकड़ों एमटी में।

यदि दोनों में से कोई भी पैरामीटर सीमा से बाहर है या विचलन बड़ा है, तो यह हॉल चिप की अस्थिरता का कारण बनेगा, जिसके परिणामस्वरूप आउटपुट म्यूटेशन या आउटपुट विचलन होगा।

इसके अलावा, सामान्य तौर पर, चुंबकीय स्टील लंबे समय तक उपयोग के दौरान डीमैग्नेटाइजेशन के कारण आउटपुट विचलन का कारण नहीं बनेगा, और इसका प्रमुख पैरामीटर चुंबकीय स्टील की ज़बरदस्ती है। ज़बरदस्ती चुंबकीय प्रेरण तीव्रता को संदर्भित करता है जब चुंबकीय सामग्री के संतृप्ति चुंबकीयकरण के बाद बाहरी चुंबकीय क्षेत्र शून्य पर लौटता है तो बी शून्य पर नहीं लौटता है। मूल चुंबकत्व क्षेत्र के विपरीत दिशा में एक निश्चित आकार के चुंबकीय क्षेत्र को जोड़ने से ही चुंबकीय प्रेरण की तीव्रता शून्य पर लौट सकती है, जिसे ज़बरदस्त चुंबकीय क्षेत्र या ज़बरदस्त बल कहा जाता है।

सामान्य तौर पर, चुंबकीय स्टील की मजबूती के लिए 850KA / m से अधिक या उसके बराबर Hcb की आवश्यकता होती है; आंतरिक ज़बरदस्ती Hcj 955KA/m से अधिक या उसके बराबर। मुख्य प्रभावित करने वाला कारक चुंबकीय स्टील की सामग्री है। आम तौर पर, फेराइट सामग्री की ज़बरदस्ती छोटी होती है, जिससे लंबे समय तक चुंबकीय स्टील का विचुंबकीकरण होता है। और NdFeb सामग्री की ज़बरदस्ती बड़ी है, आमतौर पर गैर-दीर्घकालिक उच्च तापमान (60 ~ 80 डिग्री से ऊपर) उपयोग की शर्तों के तहत, लगभग पांच से दस वर्षों का उपयोग पर्याप्त से अधिक है।

हैंडल के लिए इस्तेमाल किया जाने वाला चुंबकीय स्टील आमतौर पर N35 Ndfeb चुंबकीय स्टील होता है।

चुंबकीय स्टील के अन्य नियंत्रित तत्व रेमनेंस ब्र और अधिकतम चुंबकीय ऊर्जा उत्पाद बीएच (अधिकतम) हैं।

1. रोटरी प्रकार:

रोटरी हॉल आमतौर पर रोटेशन की धुरी के केंद्र में सेट होता है, और चुंबकीयकरण की दिशा रेडियल होती है। जब हैंडल शाफ्ट चालू होता है, तो हॉल सेंसर के माध्यम से चुंबकीय प्रवाह में परिवर्तन के कारण हॉल वोल्टेज उत्पन्न होता है।

उपयोग की इस पद्धति के फायदे हैं:

1. अच्छा वोल्टेज समरूपता;

2. कम प्राप्ति कठिनाई;

3. दोहरे शाफ्ट हैंडल के मामले में, XY अक्ष का हस्तक्षेप छोटा है;

4. सिंगल-एक्सिस हैंडल कम जगह लेता है।

5. कम चुंबकीयकरण कठिनाई।

6. रोटेशन कोण बड़ा हो सकता है (360 डिग्री से कम)

नुकसान हैं:

1. जब दोहरे अक्ष के हैंडल का एहसास होता है, तो उसे अपेक्षाकृत बड़ी जगह पर कब्जा करने की आवश्यकता होती है;

2. रोटेशन के केंद्र में इस्तेमाल किया जाना चाहिए।

घुमाव का प्रकार

1. विस्थापन सूत्र:

आमतौर पर, विस्थापन का उपयोग 3डी हॉल का उपयोग भी होता है, जैसे कि पहला ध्वज MT1531 चिप। आमतौर पर चुंबकीयकरण की दिशा रेडियल होती है। इस तरह, चुंबकीय क्षेत्र स्टील के मध्य बिंदु पर 0mT का चुंबकीय प्रवाह होना चाहिए, जो दोनों तरफ अधिकतम हो। जब चुंबकीय स्टील को इस तरह से चुम्बकित किया जाता है, तो स्ट्रिप मैग्नेटिक स्टील या घुमावदार मैग्नेटिक स्टील के दोनों किनारों पर मैग्नेटाइजेशन एकरूपता की आवश्यकता होती है। यदि चुंबकीय आकार अलग है, तो चुंबकीय प्रवाह वितरण असमान होगा, जिसके परिणामस्वरूप हैंडल हिलने पर दोनों तरफ आउटपुट का रैखिक विचलन होगा।

लाभ:

1. संरचना सरल है और विस्थापन हॉल की कीमत कम है;

2. चुंबकीय स्टील का संरचनात्मक चरण जो रोटेशन के केंद्र में रखना मुश्किल है, बेहतर है;

3. लचीली संरचना, संरचना की अधिक किस्में कर सकती है।

नुकसान:

1. चुंबकीय स्टील को चुंबकीयकरण समरूपता की आवश्यकता होती है;

2. सामान्य तौर पर, विस्थापन सूत्र की रैखिक समरूपता का एहसास करना बहुत मुश्किल है;

3. घूर्णन कोण बहुत बड़ा नहीं होना चाहिए; (आमतौर पर 40 डिग्री से अधिक नहीं)

——इमेज फ्रॉम MLX90333 स्पेसिफिकेशन

1. स्विंग प्रकार:

ऑसिलेटिंग हॉल द्विअक्षीय हॉल का एक सामान्य अहसास है। यह एक हॉल सेंसर पर कई हॉल चिप्स को सुपरइम्पोज़ करके एक चिप के दोहरे-अक्ष या यहां तक ​​कि बहु-अक्ष आउटपुट का एहसास करता है।

आमतौर पर, मैग्नेटिक स्टील मैग्नेटाइजेशन की दिशा अक्षीय मैग्नेटाइजेशन होती है, और सर्कुलर मैग्नेटिक स्टील के अक्षीय मैग्नेटाइजेशन से मैग्नेटाइजेशन की कठिनाई बहुत कम हो जाएगी।

——इमेज फ्रॉम MLX90333 स्पेसिफिकेशन

हॉल सेंसर के लिए, हालांकि एक 3डी चिप 2डी चिप की तुलना में अधिक महंगा है, द्विअक्षीय आउटपुट को लागू करने की लागत दो 2डी चिप्स का उपयोग करने की तुलना में अपेक्षाकृत कम है।

लाभ:

1. चुंबकीय स्टील में चुंबकीयकरण की कठिनाई कम होती है। कम असेंबली कठिनाई;

2. द्विअक्षीय प्राप्ति लागत कम है;

3. हैंडल का क्षैतिज स्थान कम व्याप्त है;

नुकसान:

1. हॉल पैच की ऑफसेट आवश्यकता अपेक्षाकृत अधिक है, और एसएमटी की ऑफसेट आवश्यकता आमतौर पर वेल्डिंग पैर के 1/2 से अधिक नहीं होती है; अन्यथा, एक बड़ा द्विअक्षीय हस्तक्षेप होगा (अर्थात, जब एक अक्ष को धक्का दिया जाता है, तो अन्य अक्ष में आउटपुट में उतार-चढ़ाव होता है, 3D हॉल द्विअक्षीय हस्तक्षेप से बच नहीं सकता है, लेकिन आमतौर पर आउटपुट विचलन सीमा के भीतर योग्य माना जाता है)

2. एक-अक्षीय उत्पादन प्राप्त करने की लागत अधिक होगी;

3. घूर्णन कोण विस्थापन प्रकार से छोटा होता है (आमतौर पर 30 डिग्री से अधिक नहीं);

शंघाई चेन गोंग इलेक्ट्रिक कंट्रोल का HJ8 हैंडल MLX90333 के 3D हॉल का उपयोग करता है।

द्वितीय। हॉल आउटपुट विचलन को प्रभावित करने वाले कारक:

सामान्यतया, हॉल आउटपुट वोल्टेज को प्रभावित करने वाले कारक मुख्य रूप से निम्नलिखित कारण हैं। सामान्यतया, चूंकि चिप शायद ही कभी खराब होती है, आउटपुट वोल्टेज विचलन के कारणों का मुख्य रूप से चुंबकीय प्रवाह परिवर्तनों से विश्लेषण किया जाता है:

1. चुंबकीय स्टील के कारण चुंबकीय प्रवाह में परिवर्तन:

चुंबकीय स्टील चुंबकीय प्रवाह को बदल देगा और इस प्रकार विभिन्न कारणों से आउटपुट वोल्टेज, जैसे कि:

ए। खराब सुरक्षा से चुंबकीय स्टील पर लोहे के पाउडर का सोखना होता है, जिसके परिणामस्वरूप चुंबकीय प्रवाह में परिवर्तन होता है।

B. चुंबकीय स्टील के अनुचित निर्धारण से चुंबकीय स्टील ढीला हो जाता है;

C. छिपी हुई दरारें तब मौजूद होती हैं जब चुंबकीय स्टील को रिवेट या स्थिर किया जाता है, जिससे उच्च और निम्न तापमान के बाद दरारें और चुंबकीय प्रवाह में परिवर्तन हो सकता है।

बचने के उपाय:

डिजाइन और प्रक्रिया के फेमा में इन कारकों का विश्लेषण और सुधार उपायों का पालन करने की आवश्यकता है।

2. बाहरी कारणों से चुंबकीय प्रवाह में परिवर्तन:

आम तौर पर, बाहरी चुंबकीय क्षेत्र या वोल्टेज प्रभाव के कारण सर्किट में उतार-चढ़ाव के कारण हॉल चिप के माध्यम से चुंबकीय प्रवाह बदल जाता है, जिससे आउटपुट प्रभावित होता है।

बचने के उपाय:

EMC परीक्षण किया गया था, और हॉल चिप के परिरक्षण को बढ़ाने के लिए शील्ड शील्ड का उपयोग किया गया था।

3. यांत्रिक संरचना के कारण आउटपुट विचलन:

लंबे समय तक उपयोग के बाद, यांत्रिक निकासी में वृद्धि से आउटपुट विचलन में वृद्धि होती है।

बचने के उपाय:

संरचनात्मक डिजाइन का अनुकूलन करें।

4. बाहरी इनपुट वोल्टेज गैर-विनियमित बिजली की आपूर्ति:

सामान्यतया, हॉल हैंडल निर्माता का नाममात्र हॉल इनपुट वोल्टेज 5.0Vdc±0.5V है, लेकिन व्यवहार में, यह वोल्टेज उस वोल्टेज को संदर्भित करता है जो हॉल सेंसर को चलाता है। यदि अंशांकन आउटपुट वोल्टेज मान 0 है। 5 ~ 2.5V ~ 4.5V आउटपुट, इनपुट 5.5V वोल्टेज, तो औसत आउटपुट वोल्टेज 2.75V होगा, औसत आवश्यकताओं की सीमा से परे। इसलिए, ग्राहकों को आमतौर पर एक विनियमित बिजली आपूर्ति का उपयोग करने के लिए कहा जाता है। बिजली आपूर्ति विचलन आम तौर पर ±0.2V होता है, जिसमें स्थितियां ±0.1V की सर्वोत्तम श्रेणी में होती हैं।