現(xiàn)成的標(biāo)準(zhǔn)型感測(cè)器往往無(wú)法滿(mǎn)足原始設(shè)備制造商(OEM)獨(dú)特的設(shè)計(jì)要求，此時(shí)客制化感測(cè)器即成為開(kāi)發(fā)人員的最佳選擇；透過(guò)量身訂制參數(shù)規(guī)格，客制化感測(cè)器將可打造更符合應(yīng)用情境需求，且可靠度更高的獨(dú)特功能。

成功的磁路建立在合理的規(guī)劃和設(shè)計(jì)原則之上。經(jīng)驗(yàn)豐富的設(shè)計(jì)工程師在設(shè)計(jì)過(guò)程中會(huì)考慮整個(gè)磁路而進(jìn)行整體分析。原始設(shè)備制造商(OEM)團(tuán)隊(duì)與客戶(hù)之間開(kāi)誠(chéng)布公的溝通有助于工程師對(duì)專(zhuān)案的獨(dú)特參數(shù)和要求進(jìn)行預(yù)期并相應(yīng)地進(jìn)行客制設(shè)計(jì)。

如果OEM團(tuán)隊(duì)在主系統(tǒng)設(shè)計(jì)接近完成之前忽略了感測(cè)器的布局將會(huì)導(dǎo)致耗時(shí)的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)出現(xiàn)。規(guī)劃不善的設(shè)計(jì)很可能具有獨(dú)特的感測(cè)器設(shè)計(jì)要求，這是標(biāo)準(zhǔn)的感測(cè)器元件所無(wú)法滿(mǎn)足的。例如，機(jī)械設(shè)計(jì)的封裝對(duì)可用空間來(lái)說(shuō)可能過(guò)大?；蛘?，如果沒(méi)有額外的電路，電力載荷將無(wú)法容納標(biāo)準(zhǔn)的傳感元件。如果現(xiàn)成的感測(cè)器無(wú)法滿(mǎn)足獨(dú)特的設(shè)計(jì)要求，那么將需要一款客制的感測(cè)器。即使在設(shè)計(jì)中應(yīng)用了最佳實(shí)踐，惡劣的環(huán)境條件也會(huì)迫使客制感測(cè)器成為應(yīng)用的唯一選擇。

常用于汽車(chē)和消費(fèi)電器應(yīng)用中的干簧管感測(cè)器和霍爾效應(yīng)感測(cè)器使高可靠性的電路開(kāi)發(fā)成為可能。雖然這些感測(cè)器設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，但是可以對(duì)其進(jìn)行修改，以適應(yīng)具有獨(dú)特的功率、精確度、穩(wěn)定性和可靠性要求的環(huán)境。本文將就設(shè)計(jì)工程師可以選用的干簧管開(kāi)關(guān)和各種霍爾效應(yīng)感測(cè)器輸出方案在輸出訊號(hào)特征上的差異進(jìn)行探討，還將對(duì)設(shè)計(jì)師如何為應(yīng)用選擇最佳的感測(cè)器進(jìn)行說(shuō)明。

數(shù)位感測(cè)器具備高可靠性

大多數(shù)客戶(hù)在他們的磁傳感測(cè)應(yīng)用中要求采用數(shù)位輸出，因?yàn)樗麄兿腧?yàn)證某個(gè)對(duì)象是否在其適當(dāng)?shù)奈恢蒙稀Ｏ旅娴臄?shù)位感測(cè)器可為客制的磁傳感應(yīng)用提供卓越的可靠性。

干簧管開(kāi)關(guān)

干簧管開(kāi)關(guān)是一種不需要電力來(lái)操作的電氣開(kāi)關(guān)。密封在玻璃管內(nèi)的觸點(diǎn)所采用的是特殊金屬材料。

優(yōu)點(diǎn)

這種開(kāi)關(guān)由于不受濕氣和其他環(huán)境因素影響因而具有高可靠性。因此，觸點(diǎn)不會(huì)氧化，并且能夠在邏輯電平負(fù)載下持續(xù)運(yùn)行數(shù)百萬(wàn)個(gè)周期。

應(yīng)用范圍

干簧管開(kāi)關(guān)在電池供電的應(yīng)用中非常受歡迎。這種開(kāi)關(guān)被用于汽車(chē)安全產(chǎn)品中，如安全帶扣夾緊/閉合檢測(cè)感測(cè)器和碰撞檢測(cè)的碰撞感測(cè)器。由于干簧管感測(cè)器能夠切換交流或直流負(fù)載，因而成為數(shù)位開(kāi)關(guān)應(yīng)用受歡迎的選擇，如保安和家用電器市場(chǎng)中的門(mén)閉合檢測(cè)。

冰箱門(mén)采用干簧管開(kāi)關(guān)進(jìn)行門(mén)的閉合檢測(cè)。磁體安裝在門(mén)上，干簧管感測(cè)器安裝在隱藏于冰箱外壁后面的固定框架上。當(dāng)門(mén)被打開(kāi)時(shí)，舌簧感測(cè)器無(wú)法感測(cè)到磁場(chǎng)，使LED燈泡點(diǎn)亮。當(dāng)門(mén)被關(guān)上時(shí)，感測(cè)器感測(cè)到適當(dāng)?shù)拇艌?chǎng)，LED燈熄滅。在該應(yīng)用中，電器中的微控制器從干簧管感測(cè)器獲得訊號(hào)，然后通過(guò)控制單元啟動(dòng)或關(guān)閉LED燈。

數(shù)位霍爾效應(yīng)感測(cè)器

基于半導(dǎo)體的數(shù)位霍爾效應(yīng)感測(cè)器會(huì)隨磁場(chǎng)中的變化而改變輸出電壓(圖3)。無(wú)需使用任何移動(dòng)部件，這種感測(cè)器可提供對(duì)應(yīng)于磁場(chǎng)變化的數(shù)位開(kāi)/關(guān)輸出訊號(hào)。霍爾效應(yīng)元件被限制用于具有低直流電壓和電流的應(yīng)用。不同于磁簧開(kāi)關(guān)，霍爾效應(yīng)器件含有源電路，因此始終需要少量的電流。

優(yōu)點(diǎn)

數(shù)位霍爾效應(yīng)傳感器具有高可靠性，并可針對(duì)精確的檢測(cè)要求對(duì)其進(jìn)行程式設(shè)計(jì)從而能夠在給定的磁場(chǎng)耐受下啟動(dòng)。

應(yīng)用范圍

這種感測(cè)器在高速感測(cè)應(yīng)用中非常受歡迎，如洗衣機(jī)。在這種應(yīng)用中，一個(gè)旋轉(zhuǎn)的16極環(huán)形磁鐵在每次通過(guò)紅色(北極)段時(shí)啟動(dòng)霍爾效應(yīng)晶片，并在每次通過(guò)白色(南極)段時(shí)停用，從而產(chǎn)生非常精確的速度訊號(hào)。數(shù)位霍爾效應(yīng)感測(cè)器尤其適用于汽車(chē)安全應(yīng)用，比如安全帶扣夾緊檢測(cè)和變速箱齒輪速度傳感。

類(lèi)比/公制比例感測(cè)器提供更高穩(wěn)定和準(zhǔn)確性

類(lèi)比傳感應(yīng)用使最終用戶(hù)能夠獲得關(guān)于磁體位置的即時(shí)回饋。類(lèi)比霍爾效應(yīng)傳感器具有高精度、高解析度的比例輸出訊號(hào)。

以前，類(lèi)比霍爾效應(yīng)感測(cè)器被用于測(cè)量磁體的磁通密度，并且受到應(yīng)用的溫度值的極大影響。由于類(lèi)比霍爾效應(yīng)技術(shù)近年來(lái)的發(fā)展，霍爾效應(yīng)晶片現(xiàn)在能夠測(cè)量磁通場(chǎng)的角度，而不再是傳統(tǒng)的幅度，使得它對(duì)溫度的變化具有更低的敏感性。這種進(jìn)步使得這種感測(cè)器能夠在大的溫度范圍內(nèi)提供更為穩(wěn)定的類(lèi)比輸出。

在客制類(lèi)比傳感應(yīng)用中可考慮選擇使用兩種類(lèi)型的霍爾效應(yīng)感測(cè)器：

旋轉(zhuǎn)霍爾效應(yīng)感測(cè)器

基于半導(dǎo)體的旋轉(zhuǎn)霍爾效應(yīng)感測(cè)器會(huì)隨磁場(chǎng)中的變化而改變輸出電壓。這種感測(cè)器提供兩種輸出選擇：類(lèi)比或脈沖寬度調(diào)制(PWM)。這種器件是可程式設(shè)計(jì)的，以致于工程師能夠?qū)⑻囟ㄝ敵鲭妷夯騊WM與精確的旋轉(zhuǎn)角度關(guān)聯(lián)起來(lái)。多達(dá)360度旋轉(zhuǎn)角度的多程式設(shè)計(jì)點(diǎn)可用。每個(gè)程式設(shè)計(jì)點(diǎn)代表對(duì)應(yīng)于磁場(chǎng)給定角度的電壓值或PWM輸出值。這會(huì)產(chǎn)生相對(duì)于旋轉(zhuǎn)角度的一個(gè)比例輸出訊號(hào)。

優(yōu)點(diǎn)

不同于機(jī)械旋轉(zhuǎn)或電阻膜旋轉(zhuǎn)器件，旋轉(zhuǎn)霍爾效應(yīng)感測(cè)器不會(huì)產(chǎn)生機(jī)械磨損或遇到變化的電阻值。此外，該器件在高達(dá)+105℃的正常工作溫度上非常穩(wěn)定。

0.5V∼4.5V直流電壓輸出或PWM10∼90%工作周期條件下，0-360度旋轉(zhuǎn)角度會(huì)產(chǎn)生精確的單位。

應(yīng)用范圍

旋轉(zhuǎn)霍爾效應(yīng)感測(cè)器正逐漸成為替換電阻膜或電位機(jī)械器件的廣泛選擇。它們被用于汽車(chē)和非公路應(yīng)用中，如檢測(cè)引擎上EGR閥的位置。這種感測(cè)器也可用于檢測(cè)電器和白色家電應(yīng)用中的調(diào)節(jié)器位置。

線(xiàn)性霍爾效應(yīng)感測(cè)器

線(xiàn)性霍爾效應(yīng)感測(cè)器與旋轉(zhuǎn)霍爾效應(yīng)感測(cè)器相似，只是它們測(cè)量的是磁場(chǎng)的線(xiàn)性運(yùn)動(dòng)，而不是旋轉(zhuǎn)。針對(duì)與給定行駛距離成比例的輸出電壓設(shè)定值，這種霍爾效應(yīng)感測(cè)器是可程式設(shè)計(jì)的。輸出選擇與旋轉(zhuǎn)霍爾效應(yīng)感測(cè)器的相同。這種感測(cè)器以單片霍爾效應(yīng)晶片可在長(zhǎng)達(dá)30毫米的行駛距離上對(duì)磁致動(dòng)器的線(xiàn)性運(yùn)動(dòng)和相對(duì)磁通角進(jìn)行測(cè)量。這會(huì)產(chǎn)生相對(duì)于感測(cè)器精確運(yùn)動(dòng)的一個(gè)比例輸出訊號(hào)。

優(yōu)點(diǎn)

這種感測(cè)器和致動(dòng)器可以置于應(yīng)用的最終安裝區(qū)域內(nèi)，在對(duì)輸出電壓或PWM值進(jìn)行程式設(shè)計(jì)以對(duì)應(yīng)致動(dòng)磁體的相對(duì)磁場(chǎng)值之前，這現(xiàn)在可以將來(lái)自附件周?chē)乃写庞绊懠{入進(jìn)來(lái)。工程師因而能夠優(yōu)化應(yīng)用的輸出，因?yàn)槿魏畏至鳌C(jī)械公差或磁場(chǎng)的層疊公差將被包括在程式設(shè)計(jì)環(huán)境中。

應(yīng)用范圍

線(xiàn)性霍爾效應(yīng)感測(cè)器通常作為水準(zhǔn)感測(cè)器用于監(jiān)測(cè)洗碗機(jī)等電器中的流體液位。

在這種應(yīng)用中，感測(cè)器監(jiān)測(cè)移動(dòng)浮子的位置，移動(dòng)浮子附著一個(gè)磁體。當(dāng)浮子的位置隨著相對(duì)液位升高或降低時(shí)，位于固定感測(cè)器內(nèi)的模擬霍爾效應(yīng)感測(cè)器會(huì)檢測(cè)移動(dòng)浮子內(nèi)殘留磁通角的變化。磁通角隨著磁體/浮子向上或向下運(yùn)動(dòng)而變化，轉(zhuǎn)換為相對(duì)電壓的輸出訊號(hào)。這個(gè)輸出訊號(hào)是關(guān)于在任何時(shí)候即時(shí)液位的一個(gè)比例值。線(xiàn)性感測(cè)器在更為復(fù)雜的設(shè)計(jì)中(如汽車(chē)變速箱換擋)也是有益的選擇。

利用知識(shí)和創(chuàng)新設(shè)計(jì)客制傳感器

下面的例子顯示的是在戶(hù)外環(huán)境中安裝位置感測(cè)器的獨(dú)特要求和挑戰(zhàn)?？紤]到感測(cè)器暴露于大的溫度范圍，雨、雪和陽(yáng)光照射條件之下，塑膠材料的設(shè)計(jì)要求可能會(huì)非常復(fù)雜。此外，磁簧傳感器解決方案必須能夠在10年或15年保修期內(nèi)持續(xù)可靠運(yùn)行。

問(wèn)題

起初，客戶(hù)想要的是一種可以被安裝于任何類(lèi)型氣候的室外環(huán)境中的常閉式標(biāo)準(zhǔn)干簧管感測(cè)器。在客戶(hù)與設(shè)計(jì)工程團(tuán)隊(duì)之間進(jìn)行深入溝通之后，最終確定標(biāo)準(zhǔn)的干簧管感測(cè)器將無(wú)法應(yīng)對(duì)惡劣的戶(hù)外條件。

要求

客戶(hù)需要一種能夠滿(mǎn)足以下要求的客制的磁簧傳感器解決方案：

．裝置必須包括一個(gè)常閉觸點(diǎn)干簧開(kāi)關(guān)，密封防滴水，滿(mǎn)足IP65防護(hù)等級(jí)。

．線(xiàn)束將暴露于陽(yáng)光下，必須針對(duì)戶(hù)外紫外線(xiàn)(UV)光進(jìn)行設(shè)計(jì)。

．盡管溫度范圍在-40℃到+105℃之間似乎是有利的，但其在熱回圈條件下應(yīng)包括濕度回圈和水滴測(cè)試的特殊設(shè)置。

．客戶(hù)對(duì)應(yīng)用的完整溫度范圍內(nèi)的啟動(dòng)距離公差要求非常嚴(yán)格。

解決方案

在額外的討論和樣品評(píng)估之后，工程團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一個(gè)強(qiáng)大的客制設(shè)計(jì)，納入了以下要素：

第一，該團(tuán)隊(duì)使用了抗紫外線(xiàn)電纜，將兩個(gè)干簧管感測(cè)器連接至一個(gè)Y接頭。這個(gè)接頭與線(xiàn)束和一個(gè)與客戶(hù)控制箱相連的關(guān)聯(lián)連接器連在一起。

第二，為了滿(mǎn)足IP65防護(hù)等級(jí)，每個(gè)干簧管感測(cè)器有一個(gè)密封介面與電纜相連，通過(guò)特別的灌封材料、超模壓Y接頭和超模壓連接器連接至控制箱的線(xiàn)束。此外，該團(tuán)隊(duì)還對(duì)線(xiàn)束和密封盒進(jìn)行了特殊的清洗過(guò)程，以使連接器和灌封材料在傳感測(cè)器內(nèi)包覆成型能夠滿(mǎn)足有挑戰(zhàn)性的IP65等級(jí)要求，并能夠在熱回圈試驗(yàn)中通過(guò)水滴測(cè)試。

第三，感測(cè)器和致動(dòng)器的啟動(dòng)距離公差和特殊對(duì)齊要求該團(tuán)隊(duì)在感測(cè)器和致動(dòng)器上使用客制的注塑成型的密封盒。

在眾多技術(shù)方案中選擇舌簧開(kāi)關(guān)有以下幾個(gè)原因：

它是一種常閉式開(kāi)關(guān)。其他傳感技術(shù)，如霍爾效應(yīng)或磁阻(MR)，始終需要消耗電流，即使是在非啟動(dòng)模式下?？蛻?hù)在其挑戰(zhàn)性的環(huán)境中需要一種無(wú)需機(jī)械操作的簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)。

干簧管開(kāi)關(guān)因?yàn)榫哂忻芊獾挠|點(diǎn)而不受灰塵和濕氣的影響。此外，它們因在惡劣的氣候條件下(如汽車(chē)安全應(yīng)用中)良好的表現(xiàn)而知名。

客制感測(cè)器滿(mǎn)足獨(dú)特設(shè)計(jì)需求

在設(shè)計(jì)一個(gè)采用非接觸式感測(cè)器(如干簧管開(kāi)關(guān)或霍爾效應(yīng)感測(cè)器)的系統(tǒng)時(shí)，設(shè)計(jì)工程師在設(shè)計(jì)過(guò)程開(kāi)始之前了解盡可能多的有關(guān)整個(gè)系統(tǒng)的知識(shí)是非常有必要的。有時(shí)，獨(dú)特的設(shè)計(jì)要求只有通過(guò)客制的傳感解決方案來(lái)滿(mǎn)足。

數(shù)位應(yīng)用通過(guò)采用客制的霍爾效應(yīng)感測(cè)器或干簧管開(kāi)關(guān)能夠滿(mǎn)足最高的可靠性標(biāo)準(zhǔn)要求，而利用旋轉(zhuǎn)和線(xiàn)形霍爾效應(yīng)感測(cè)器能夠極好地實(shí)現(xiàn)在客制的模擬應(yīng)用中的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。在需要客制感測(cè)器設(shè)計(jì)的應(yīng)用中，發(fā)揮創(chuàng)造力將有助于我們將現(xiàn)有的磁傳感技術(shù)與設(shè)計(jì)高度可靠的感測(cè)器的協(xié)助工具結(jié)合起來(lái)。

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