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技术文章:干簧管与霍尔器件位置和方向的合理设计

2021-02-01 08:32
硬件大熊
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干簧管

通常由两个软性的磁片制成,并封装在充有惰性气体(如氮、氦等)或真空的玻璃管里,玻璃管内平行封装的簧片顶端留有一定间隙或相互接触以构成开关的常开或常闭触点。在有无磁场的环境中,簧片吸合或断开的状态会发生。

霍尔元件

基于霍尔效应的磁传感器,当磁力线垂直穿过通电半导体平面时,在半导体与电流平行的两个端面上将形成感应电压,感应电压的大小和电流及磁场强度成正比。

大部分工程师对干簧管、霍尔元件的认知基本停留在概念层面,尤其是当你第一次使用时,或许你拿来就用,因为这样的器件太简单了——放在电路板上,电源供电(甚至干簧管不需要电源),连接至GPIO口,有无磁场时状态切换。通常“拿来就用”的做法在样机阶段不会出现明显的问题让你发觉,当你觉得这一个器件仅此而已时,到了工厂量产10K级别的大货统计的不良率可能会让你立马“翻车”!

干簧管的异性磁化

笔者到一个地产项目考察,带队的人吐槽他们和一家公司买了一批门磁传感器,来料检验使用磁铁测试并未有异常,但实际安装到客户门锁时,却大面积“失效”。

我现场拆开一个门磁传感器,发现门上的磁铁正对着干簧管的簧片触点。设计者忽略了这么一个关键点:干簧管的簧片触点除了要求被磁化之外,还必须磁化为不同的极性,当使用磁铁正对着触点时,簧片触点两端磁化的磁性一致,根据“磁场同性相斥,异性相吸”的原理,此时即使磁铁靠近,簧片也无法相吸。

因此这就是客户看到的“失效”现象根因所在。我让客户将磁铁和另外的干簧管装置错开位置,问题解决!如下为其他几种常见安装方式的优劣对比——

霍尔器件的磁场方向

磁场是一个立体的场,当器件与磁场靠的越远时,越要考究摆放的位置,不同位置的磁铁对于霍尔器件穿过的磁力线方向是不同的。

在一个立体面,霍尔的有效面积需要被磁力线穿越。有的霍尔器件所检测的是水平面方向的磁场,如Crocus的CT831;有的霍尔器件所检测的则是垂直方向上的磁场,比如Will Semiconductor的W2510F

供应商可能会对你说,该霍尔元器件不分极性,但请注意,所谓的极性指的是磁场的N或S,但并不意味着该器件的受磁方向可以不做区分。对于垂直检测的霍尔器件,如果实际应用中你的磁力线更多是从平面穿过器件本体的时候,你会发现,该器件会非常不灵敏,之所以没有100%失效的原因,是因为磁场本身就是一个立体面。此时你或许想要更换磁场距离或器件型号,但其实,更关键的是调整器件的受磁方向!


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