Snímanie polohy je jednou z najdôležitejších aplikácií senzorov využívajúcich Hallovho efektu. Senzor s Hallovým efektom sníma silu aplikovaného magnetického poľa. Na zistenie polohy objektu môžeme na objekt pripevniť malý permanentný magnet. Keď objekt pohybuje magnetom vo vzťahu k Hallovmu senzoru, mení sa sila magnetického poľa. Tieto zmeny môže ďalší systém spracovať na zistenie polohy objektu.

Existuje niekoľko rôznych konfigurácií senzora a magnetu, ktoré sa dajú použiť v aplikáciách snímania polohy založených na Hallovom efekte. S každou konfiguráciou senzora a magnetu sa magnet pohybuje vo vzťahu k senzoru iným spôsobom. To ovplyvňuje magnetické pole snímané Hallovým senzorom a mení sa charakteristika signálu.

V tomto článku sa pozrieme na  základné metódy magnetických konfigurácií, ktoré sa používajú pri snímaní polohy pomocou Hallovho efektu, a rozoberieme ich výhody a nevýhody.

Čelná konfigurácia

Najjednoduchšou magnetickou konfiguráciou je čelné snímanie zobrazené na obrázku 1 :

V takom prípade sa južný pól magnetu pohybuje priamo k alebo od snímača. Keď je magnet veľmi blízko k senzoru, prechádza cez snímaciu plochu senzora väčšie množstvo magnetických čiar. Keď sa však južný pól magnetu vzďaľuje od snímača, intenzita magnetického poľa rýchlo klesá, ako je to znázornené na obrázku 1 (b) vyššie.

Hustota magnetického toku čelnej konfigurácie je nepriamo úmerná druhej mocnine vzdialenosti medzi magnetom a snímačom. Hodnoty toku uvedené na obrázku 1 (b) vyššie môžu byť vyrobené magnetom, ktorý je približne 30 mm dlhý a má priemer približne 6 mm.

Aplikácia: Zisťovanie prítomnosti objektu

Čelnú konfiguráciu je možné použiť s digitálnym snímačom Hallovho efektu na detekciu prítomnosti objektu s funkciou ZAPNUTÉ / VYPNUTÉ . Predpokladajme, že magnetické prevádzkové a uvoľňovacie body snímača sú znázornené na obrázku 1 (b) vyššie. Magnetický prevádzkový bod určuje úroveň zosilnenia magnetického poľa, pri ktorej sa aktivuj Hallov senzor. Bod magnetického uvoľnenia zodpovedá zoslabujúcemu sa magnetickému poľu, pri ktorom sa Hallov senzor vypína.

Keď sa magnet priblíži k senzoru, intenzita magnetického poľa bude čoraz väčšia. Vo vzdialenosti asi 3,1 mm sa snímané magnetické pole rovná magnetickému pracovnému bodu (v našom príklade asi 620 Gaussov), ktorý senzor zapne. Priblíženie magnetu k senzoru vedie k ešte väčšiemu magnetickému poľu a udržuje senzor v zopnutom stave. Keď sa senzor vzdiali od magnetu, magnetické pole samozrejme klesá a to až do okamihu, keď je jeho intenzita nízka na to, aby udržala Hallov senzor v zopnutom stave, ktorý nasledne prejde do vypmutého stavu.

Pokiaľ však magnetické pole nie je menšie ako bod uvoľnenia (v našom príklade asi 420 Gauss), senzor zostane zopnutý. Iba keď magnetické pole klesne pod bod uvoľnenia, senzor sa vypne. Týmto spôsobom môžeme jednoducho zistiť napríklad prítomnosť objektu.

Obmedzenia čelného snímania

Táto konfigurácia je menej presná, a to najmä pokiaľ ide o vzdialenosť snímania, ktorá spôsobuje vypnutie snímača. Je to spôsobené tým, že sklon mapy toku (krivka Gauss verzus vzdialenosť) je okolo bodu uvoľnenia menší. Daná zmena hodnoty bodu magnetického uvoľnenia môže viesť k relatívne veľkým zmenám v hodnote vzdialenosti, v ktorej sa snímač vypne. Rovnaká zmena v magnetickom pracovnom bode vedie k menšej zmene vzdialenosti. To je znázornené na obrázku 2.

Predpokladajme, že variácia prevádzkových a uvoľňovacích bodov od jednotky k jednotke je pre hypotetický snímač ΔB, ako je to znázornené na obrázku 2 vyššie. Pretože krivka má väčší sklon v magnetickom prevádzkovom bode, Δd₁ je oveľa menšia ako Δd₂. Preto bude vzdialenosť zodpovedajúca magnetickému pracovnému bodu medzi rôznymi doskami konzistentnejšia.

Ďalšou nevýhodou je, že čelné snímanie nemožno použiť na detekciu veľkých rozsahov posunu, pretože siločiary magnetického poľa sa rozpadajú pomerne veľmi rýchlo. Okrem toho je pri konfigurácii typu head-on (čelné snímanie) vzťah medzi snímaným poľom a vzdialenosťou nelineárny. Vďaka tomu je detekcia pohybu dlhého zdvihu náročná, ak sa vyžaduje lineárne meranie polohy. Kvôli týmto obmedzeniam sa čelné snímanie zvyčajne používa ako detektor priblíženia v aplikáciách, kde požiadavky na presnosť nie sú veľmi náročné.

Unipolárne snímanie

V tomto usporiadaní sa jediný pól magnetu pohybuje bočne okolo snímacej plochy snímača. To je znázornené na obrázku 3 (a) nižšie.

Pri pohybe okolo snímača je pól magnetu v konštantnej kolmej vzdialenosti (na obrázku je to znázornené "vzduchovou medzerou" ak "Air Gap"). V stredovej polohe (vzdialenosť = 0) je snímané magnetické pole na svojom maxime. Keď sa magnet vzdiali od snímača, magnetické pole klesá. Pretože magnetické pole produkované magnetom je symetrické, mapa toku je symetrická okolo počiatku, ako je znázornené na obrázku 3 (b) vyššie.

Špičková hodnota mapy toku sa mení s hodnotou "vzduchovej medzery", ako je to znázornené na obrázku 4.

Čelná konfigurácia  alebo unipolárne snímanie?

Je dôležité si uvedomiť, že výber magnetickej konfigurácie závisí od požiadavky na typ detekovaného pohybu. Každý systém môže mať inú sadu mechanických obmedzení a funkcií. Napríklad pri konfigurácii s čelným objektom sa objekt nemôže pohybovať okolo snímača. Toto usporiadanie vyhovuje aplikáciám, kde má detegovaný objekt konečnú koncovú polohu a nás zaujíma detekcia prítomnosti / neprítomnosti objektu v tomto koncovom bode.

Napríklad snímanie hlavy môže byť dobrou voľbou na zisťovanie, či sa hlava nachádza v blízkosti smartphonu alebo nie. Snímanie sklzom nemá toto obmedzenie; dá sa použiť bez ohľadu na to, či sa objekt pohybuje okolo snímača alebo nie.

Jednou zaujímavou vlastnosťou konfigurácie "slide-in" je jej symetria. Pretože krivka Gauss verzus vzdialenosť tejto štruktúry je symetrická okolo počiatku, prevádzkové a uvoľňovacie body nezávisia od toho, či sa pohybujeme smerom k snímaču alebo od neho. To môže byť užitočné pri zisťovaní odchýlky od stredovej čiary. Upozorňujem, že existujú aj ďalšie konfigurácie, z ktorých niektoré neposkytujú symetrickú odozvu. Ale o tom si povieme neskôr v jednom z ďalších článkov.