3D霍爾傳感瞄準工業(yè)自動(dòng)化與汽車(chē)應用

電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/李寧遠）從霍爾開(kāi)關(guān)，速度霍爾，電流霍爾，到線(xiàn)性/角度霍爾，各類(lèi)霍爾傳感應用以霍爾效應為基礎，將被測非電量參數轉化為電量參數，靈敏性足夠的同時(shí)穩定性也很可靠。

現在霍爾傳感器已經(jīng)由傳統的單個(gè)霍爾元件階段發(fā)展到集成電路階段，廣泛應用于汽車(chē)工業(yè)、自動(dòng)化、信息處理等各個(gè)領(lǐng)域。工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域隨著(zhù)工業(yè)4.0進(jìn)程的不斷發(fā)展演變，市場(chǎng)越來(lái)越需要傳統制造和工業(yè)設備具有更高的自動(dòng)化水平。

為確保系統級精度和可靠性，很多此類(lèi)應用需要進(jìn)行準確的絕對位置測量。在為應用選擇正確的位置測量技術(shù)時(shí)，需要考慮多個(gè)因素，特別是測量精度、物體速度、功率要求、校準需求、支持各種配置的靈活性以及可靠性。3D霍爾正是在此背景下誕生的。

從傳統霍爾到3D霍爾

目前絕大多數應用里使用的霍爾傳感器，只對某一方向上的磁場(chǎng)敏感，單軸傳感在多向的磁場(chǎng)中，難以獲取準確的信息。與單軸傳感器不同，3D霍爾傳感器可以使用來(lái)自所有方向的磁場(chǎng)數據來(lái)計算角度和幅度。

3D霍爾可以檢測X，Y和Z軸的磁場(chǎng)，對任何方向放置的磁體都是敏感的。由此得來(lái)的絕對位置信息相比傳統霍爾傳感精度更高，結果更可靠。

在三維的實(shí)際場(chǎng)景中，3D霍爾傳感器不論是放在磁場(chǎng)軸上還是與磁場(chǎng)共面，都可以通過(guò)距離和角度來(lái)確定具體的位置。尤其是共面的測量方案，可以在旋轉軸磁場(chǎng)里實(shí)現超高精度的測量，很典型的例子是多軸機器人的多軸檢測。

根據QYResearch最新發(fā)布的3D霍爾傳感器行業(yè)分析報告，2022年全球3D霍爾傳感器市場(chǎng)銷(xiāo)售額達到了1億美元，預計2029年將達到1.9億美元，年復合增長(cháng)率達到了8.5%。汽車(chē)、工業(yè)自動(dòng)化、航空航天等需要精確測量磁場(chǎng)領(lǐng)域對于高精度傳感的需求推動(dòng)了3D霍爾傳感器的發(fā)展。

3D霍爾帶來(lái)了應用優(yōu)勢？

以最具代表性的對高精度傳感有需求的機器人控制為例。不管是什么機器人運動(dòng)控制，了解電機轉軸位置都是關(guān)鍵。

對于機器人控制而言，可靠的位置反饋能實(shí)現一致的系統控制，降低位置失準帶來(lái)的風(fēng)險，同時(shí)如果位置反饋足夠精準足夠快速還能進(jìn)一步改進(jìn)功能的同步和時(shí)序控制實(shí)現更快的響應。

以往用標準的單個(gè)霍爾磁傳感器件是測量一個(gè)維度的磁場(chǎng)，要有效測量360°全旋轉的角度，需要使用兩個(gè)分別呈90°的霍爾感應元件并進(jìn)行函數轉換。這是可以實(shí)現的，但是問(wèn)題在于實(shí)現的過(guò)程非常復雜，如何放置如何對齊都會(huì )影響到最終的感測。

3D霍爾則只需要在封裝上與磁體對齊即可，可以靈活地放置在磁體允許范圍內的任何位置，方便實(shí)現簡(jiǎn)單緊湊的電機編碼解決方案。而且3D霍爾可以提供多個(gè)磁場(chǎng)范圍選項以應對不同的強磁場(chǎng)環(huán)境，保證可靠度。這些用高帶寬進(jìn)行測量的3D霍爾也提高了此反饋環(huán)路的整體速度。

汽車(chē)里的轉向角位置檢測、變速器位置檢測、換檔器位置檢測、油門(mén)和制動(dòng)踏板位置檢測等應用場(chǎng)景對3D霍爾的需求也很大，而且還會(huì )要求3D霍爾提供穩定的雜散場(chǎng)補償能力，保證對混合動(dòng)力或電動(dòng)汽車(chē)（xHEV）中的電機或電源線(xiàn)產(chǎn)生的干擾場(chǎng)不敏感。

還有一些使用傳統霍爾就可以解決的應用，在替換為3D霍爾之后，可以使用多出來(lái)的未被使用的軸進(jìn)行更多功能的探索，比如門(mén)鎖的入侵檢測、家用電器的磨損檢測等等。

小結

越來(lái)越多的高度自動(dòng)化系統，尤其是工業(yè)自動(dòng)化和汽車(chē)領(lǐng)域，需要同步收集大量運動(dòng)數據來(lái)輔助控制，具有更高精度、速度和能效的3D位置感應技術(shù)對于這些設備未來(lái)的升級至關(guān)重要。