4 磁體傳感器放置

本應(yīng)用報(bào)告中介紹的設(shè)計(jì)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)從 1/2 Vs 到電源軌或接地軌的輸出涵蓋整個(gè)運(yùn)動(dòng)范圍（如圖 4-1 的中上圖所示）。如果默認(rèn)靜止?fàn)顟B(tài)角度下的輸出遠(yuǎn)高于 1/2 Vs，并且輸出軌以極小的運(yùn)動(dòng)與電源連接（如左圖所示），則磁體離傳感器太近。相反，如果在運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)輸出幾乎沒(méi)有變化（如右圖所示），則磁體離得太遠(yuǎn)。另一種可能是傳感器檢測(cè)到兩個(gè)不同角度下的電壓電勢(shì)相同，如下圖所示。對(duì)于單個(gè)霍爾元件檢測(cè)設(shè)計(jì)，應(yīng)避免這種情況，因?yàn)閭鞲衅鳠o(wú)法區(qū)分這兩個(gè)角度。對(duì)于這種情況，請(qǐng)考慮調(diào)整傳感器或磁體的方向。

這種設(shè)計(jì)的關(guān)鍵邊界約束可能是空間和成本，需要更便宜和更小的磁體。鑒于您擁有一個(gè)小型控制器外殼，里面裝有其他傳感器、觸覺(jué)電機(jī)、電源轉(zhuǎn)換器、無(wú)線收發(fā)器和處理電路，那么小型磁體比較可取。因此，為觸發(fā)器分配的空間很小，而磁體需要裝入觸發(fā)器內(nèi)。較小的磁體具有較少的磁通量，而鐵氧體磁體等廉價(jià)磁體具有很少的磁通量。因此，傳感器需要靠近磁體。

可通過(guò)迭代來(lái)確定磁鐵的接近程度。幸運(yùn)的是，用戶可以利用一些工具（例如圖 4-5 中所示的 TI 的 Magnetic Sensing Proximity Tool）測(cè)試多個(gè)用例，然后再繼續(xù)構(gòu)建工作臺(tái)。對(duì)于最終測(cè)試迭代，我們選擇了直徑為 3/8 英寸 (9.525mm) 且厚度為 1/8 英寸 (3.175mm) 的圓柱形陶瓷鐵氧體磁體并裝入觸發(fā)器組件，如圖 4-2 所示。點(diǎn)擊 Calculate B-Field & Vout 后，如果為 Magnet Material 選擇了 Custom，則該工具會(huì)提示用戶輸入有關(guān)磁體的更多信息，如圖 4-4 中所示。在該條目表中，需要相對(duì)磁導(dǎo)率 (μ_r) 和矯頑力 (H_c)?？筛鶕?jù)磁體制造商規(guī)格和方程式 1 確定這些值。

為了簡(jiǎn)化工具內(nèi)的評(píng)估，我們調(diào)整了觸發(fā)器的方向，以匹配工具放置規(guī)格的方向。為該應(yīng)用選擇的觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)方案具有鉸鏈運(yùn)動(dòng)，可在工具條目字段 a1 和 a2 中指定的角度范圍內(nèi)移動(dòng)，如圖 4-3 所示。我們根據(jù)人體工程學(xué)，設(shè)置了 65° 至 110° 的范圍。除角度范圍外，圖 4-3 還表明需要多個(gè)其他規(guī)格才能進(jìn)行正確評(píng)估。這些規(guī)格與圖 4-5 中所述的尺寸相對(duì)應(yīng)。圓弧半徑、傳感器 Z 偏移和磁體 Z 偏移均相對(duì)于鉸鏈原點(diǎn)，而 X 偏移和 Y 偏移均相對(duì)于器件原點(diǎn)。指定相對(duì)磁體和傳感器位置后，可以選擇器件。在本例中，考慮使用 TMAG5253，因?yàn)樵撈骷且豢羁蓡⒂煤徒玫牡凸钠骷?/p>

圖 4-6 中的仿真結(jié)果表明，由于輸出不是線性，并且輸出軌過(guò)早地與電源連接，因此這種設(shè)計(jì)不符合期望的設(shè)計(jì)目標(biāo)。此時(shí)有幾個(gè)選項(xiàng)。這些選項(xiàng)包括修改各種機(jī)械參數(shù)、修改磁體或嘗試使用不同的器件靈敏度型號(hào)。磁體離器件越遠(yuǎn)，在接近 a1 的角度下觀察到的磁場(chǎng)就越??；但是，這會(huì)將器件拉入一個(gè)區(qū)域，在該區(qū)域內(nèi)，接近 a2 的較大角度幾乎沒(méi)有差別。可以使用測(cè)量范圍較寬且靈敏度較低的器件。但是，由于機(jī)械設(shè)計(jì)具有一定的靈活性，因此下限角度降低至約 75°。這種特定范圍和運(yùn)動(dòng)類型的線性度很難實(shí)現(xiàn)，并且 79° 和 110° 之間的輸出值不會(huì)重復(fù)或?qū)е禄殳B；因此，進(jìn)入下一個(gè)開(kāi)發(fā)階段是合理的。