3D霍爾傳感瞄準(zhǔn)工業(yè)自動(dòng)化與汽車應(yīng)用

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李寧遠(yuǎn)）從霍爾開關(guān)，速度霍爾，電流霍爾，到線性/角度霍爾，各類霍爾傳感應(yīng)用以霍爾效應(yīng)為基礎(chǔ)，將被測(cè)非電量參數(shù)轉(zhuǎn)化為電量參數(shù)，靈敏性足夠的同時(shí)穩(wěn)定性也很可靠。

現(xiàn)在霍爾傳感器已經(jīng)由傳統(tǒng)的單個(gè)霍爾元件階段發(fā)展到集成電路階段，廣泛應(yīng)用于汽車工業(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(tǒng)制造和工業(yè)設(shè)備具有更高的自動(dòng)化水平。

為確保系統(tǒng)級(jí)精度和可靠性，很多此類應(yīng)用需要進(jìn)行準(zhǔn)確的絕對(duì)位置測(cè)量。在為應(yīng)用選擇正確的位置測(cè)量技術(shù)時(shí)，需要考慮多個(gè)因素，特別是測(cè)量精度、物體速度、功率要求、校準(zhǔn)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(tǒng)霍爾到3D霍爾

目前絕大多數(shù)應(yīng)用里使用的霍爾傳感器，只對(duì)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(zhǔn)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(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算角度和幅度。

3D霍爾可以檢測(cè)X，Y和Z軸的磁場(chǎng)，對(duì)任何方向放置的磁體都是敏感的。由此得來(lái)的絕對(duì)位置信息相比傳統(tǒng)霍爾傳感精度更高，結(jié)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(cè)量方案，可以在旋轉(zhuǎn)軸磁場(chǎng)里實(shí)現(xiàn)超高精度的測(cè)量，很典型的例子是多軸機(jī)器人的多軸檢測(cè)。

根據(jù)QYResearch最新發(fā)布的3D霍爾傳感器行業(yè)分析報(bào)告，2022年全球3D霍爾傳感器市場(chǎng)銷售額達(dá)到了1億美元，預(yù)計(jì)2029年將達(dá)到1.9億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到了8.5%。汽車、工業(yè)自動(dòng)化、航空航天等需要精確測(cè)量磁場(chǎng)領(lǐng)域?qū)τ诟呔葌鞲械男枨笸苿?dòng)了3D霍爾傳感器的發(fā)展。

3D霍爾帶來(lái)了應(yīng)用優(yōu)勢(shì)？

以最具代表性的對(duì)高精度傳感有需求的機(jī)器人控制為例。不管是什么機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制，了解電機(jī)轉(zhuǎn)軸位置都是關(guān)鍵。

對(duì)于機(jī)器人控制而言，可靠的位置反饋能實(shí)現(xiàn)一致的系統(tǒng)控制，降低位置失準(zhǔn)帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)如果位置反饋?zhàn)銐蚓珳?zhǔn)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(xiàn)更快的響應(yīng)。

以往用標(biāo)準(zhǔn)的單個(gè)霍爾磁傳感器件是測(cè)量一個(gè)維度的磁場(chǎng)，要有效測(cè)量360°全旋轉(zhuǎn)的角度，需要使用兩個(gè)分別呈90°的霍爾感應(yīng)元件并進(jìn)行函數(shù)轉(zhuǎn)換。這是可以實(shí)現(xiàn)的，但是問題在于實(shí)現(xiàn)的過(guò)程非常復(fù)雜，如何放置如何對(duì)齊都會(huì)影響到最終的感測(cè)。

3D霍爾則只需要在封裝上與磁體對(duì)齊即可，可以靈活地放置在磁體允許范圍內(nèi)的任何位置，方便實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單緊湊的電機(jī)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(xiàng)以應(yīng)對(duì)不同的強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境，保證可靠度。這些用高帶寬進(jìn)行測(cè)量的3D霍爾也提高了此反饋環(huán)路的整體速度。

汽車?yán)锏霓D(zhuǎn)向角位置檢測(cè)、變速器位置檢測(cè)、換檔器位置檢測(cè)、油門和制動(dòng)踏板位置檢測(cè)等應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)3D霍爾的需求也很大，而且還會(huì)要求3D霍爾提供穩(wěn)定的雜散場(chǎng)補(bǔ)償能力，保證對(duì)混合動(dòng)力或電動(dòng)汽車（xHEV）中的電機(jī)或電源線產(chǎn)生的干擾場(chǎng)不敏感。

還有一些使用傳統(tǒng)霍爾就可以解決的應(yīng)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，比如門鎖的入侵檢測(cè)、家用電器的磨損檢測(cè)等等。

小結(jié)

越來(lái)越多的高度自動(dòng)化系統(tǒng)，尤其是工業(yè)自動(dòng)化和汽車領(lǐng)域，需要同步收集大量運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)來(lái)輔助控制，具有更高精度、速度和能效的3D位置感應(yīng)技術(shù)對(duì)于這些設(shè)備未來(lái)的升級(jí)至關(guān)重要。