Mikrosenzory a mikromechanické systémy - Vysoké učení technické ...

78 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně10.1.1 Hallův jev v senzorech polohyPohybujeme-li mechanicky Hallovým článkem v nehomogenním magnetickém poli,Hallovo napětí je závislé na změně polohy tohoto článku. Pro konstantní proud I p =konst. pakz rovnice ( 10.1 ) vyplývá:U H= k1 f1(B)( 10.3 )kdeRHIpk =( 10.4 )1dPro pohyb ve směru osy x platí:B x= k2 f2( x)( 10.5 )PakU (H= k3 f3 x)( 10.6 )U ideálního senzoru polohy by měly být funkce f 1 (B), f 2 (x) a f 3 (x) lineární a gradientmagnetického pole co největší a konstantní.Obrázek 10.2: Princip Hallova senzoru polohy Obrázek 10.3: Charakteristikysenzoru z Obrázek 10.2Obrázek 10.2 uvádí jednoduchou konstrukci senzoru polohy s Hallovým článkem.Vlastní polovodičová destička se pohybuje ve vzduchové mezeře stálého magnetu ve směruosy x. Pólové nástavce jsou z magneticky měkkého materiálu. Polovodičové materiály prosnímače jsou: Ge, Si, InAs, InSb, HgTe, HgSe a další.Obrázek 10.3 předkládá příklad sítě převodních charakteristik snímaného Hallovanapětí na poloze x pro různé hodnoty vzduchových mezer u snímače, který zobrazujeObrázek 10.2. Je zřejmé, že jen úzká oblast charakteristik s lineárním průběhem může býtvyužita pro měření polohy, proto je Hallův snímač je vhodný pro měření malých změn polohyv rozsahu 0 až ±1 mm. V praktických konstrukcích je výhodnější použít permanentní magnetynež elektromagnety. Držák senzoru nesmí být feromagnetický.Vlastnosti snímače se mění se změnou parametrů magnetického obvodu a polovodičovédestičky. Permanentní magnet mění magnetickou indukci v závislosti na teplotě a na čase.Vliv teploty se uplatňuje také změnou měrného odporu a Hallova součinitele. Všechny tytovlivy je nutno při přesných měřeních kompenzovat.Reálnou vnitřní strukturu a zapojení Hallova senzoru MH1SS1, tak jak byl vyráběnTeslou Rožnov, ukazuje Obrázek 10.4. Senzor se užíval převážne u tlačítek klávesnicnahrazující mechanický spínač, kde docházelo časem k únavě mechanického kontaktus následným zničením.