CN109828224A - 一种线性霍尔集成电路在弱磁检测传感器中的应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种线性霍尔集成电路在弱磁检测传感器中的应用方法，具体步骤如下：步骤一，设定单片机的对比阀值V阈；步骤二，单片机初始化，读取霍尔IC的静态输出电压VOUT并记为V0；步骤三，单片机每隔时间T检测一遍VOUT，如果VOUT‑V0大于设定阈值V阈，则判定感应到S极有效磁场；如果VOUT‑V0小于‑V阈则判定感应到N极有效磁场；否则继续循环检测。本发明中的传感器结构简单，判断的精确度高、可靠性好，能够检测到现有霍尔开关芯片难以检测到的5‑20GS的弱磁磁场，使得胶磁等成本较低的弱磁材料得到广泛的应用，降低了成本。
Description
技术领域
本发明涉及磁场检测技术领域，尤其涉及一种线性霍尔集成电路在弱磁检测传感器中的应用方法。
背景技术
磁性位置传感器可以通过对磁场的检测来判断移动物体或结构的位置，其中霍尔位置传感器广泛的应用于家电、电子玩具、工业控制、液位传感器等领域。现有的霍尔位置传感器能够检测到的最小磁场都在20GS以上，对应磁性材料以稀土磁材为主，磁材成本较高。对于成本相对较低的胶磁材料，由于胶磁表磁磁场较弱，普通的霍尔传感器难以检测到。
发明内容
本发明旨在解决现有技术的不足，而提供一种线性霍尔集成电路在弱磁检测传感器中的应用方法。
本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：
一种线性霍尔集成电路在弱磁检测传感器中的应用方法，传感器包括霍尔IC和单片机，霍尔IC包括霍尔敏感元件，霍尔IC电源管脚与霍尔敏感元件的电压输入端相连，霍尔IC电源管脚连有参考电压模块，参考电压模块的两个输出端分别连有放大器和缓存输出模块，参考电压模块的两个输出端分别与放大器和缓存输出模块的电压输入端相连，放大器的两个信号输入端分别与霍尔敏感元件的两个信号输出端相连，放大器的信号输出端与缓存输出模块的信号输入端相连，缓存输出模块的信号输出端与霍尔IC的信号输出管脚相连，霍尔敏感元件、放大器、缓存输出模块的接地端均与霍尔IC的地管脚相连；霍尔IC的信号输出端与单片机的信号输入端相连；
具体步骤如下：
步骤一，设定单片机的对比阀值V阈；
步骤二，单片机初始化，读取霍尔IC的静态输出电压VOUT并记为V0；
步骤三，单片机每间隔一段时间检测一遍VOUT，如果VOUT-V0大于设定阈值V阈，则判定感应到S极有效磁场；如果VOUT-V0小于-V阈则判定感应到N极有效磁场；否则继续循环检测。
优选的，霍尔IC在VDD＝5V的工作电压下，灵敏度Vsen高于10MV/GS，静态输出电压最大偏差V△＝150mV。
优选的，霍尔IC在VDD＝5V的工作电压下，在-40-85℃的范围内其噪声和温漂叠加值不超过50MV。
优选的，缓存输出模块的接地端通过负载与霍尔IC的地管脚相连。
优选的，步骤二中如果VOUT<VDD/2-V△或者VOUT>VDD/2+V△，直接判定有磁场存在或设备故障，需检查是否有磁场靠近或设备故障。
优选的，步骤三中间隔的时间可以根据实际应用情况调整。
本发明的有益效果是：本发明中的传感器结构简单，判断的精确度高、可靠性好，能够检测到现有霍尔开关芯片难以检测到的5-20GS的弱磁磁场，使得胶磁等成本较低的弱磁材料得到广泛的应用，降低了成本。
附图说明
图1为本发明传感器的结构示意图；
图2为本发明霍尔IC的结构示意图；
图3为本发明霍尔IC在5V工作电压下灵敏度Vsen测定实验的折线图；
图4为本发明霍尔IC在5V工作电压下静态输出电压偏差V△测定实验的折线图；
图5为本发明霍尔IC在-40-85℃的范围内进行的噪声和温漂叠加值测定实验的折线图；
以下将结合本发明的实施例参照附图进行详细叙述。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明：
一种线性霍尔集成电路在弱磁检测传感器中的应用方法，传感器包括霍尔IC和单片机，霍尔IC包括霍尔敏感元件X，霍尔IC电源管脚与霍尔敏感元件X的电压输入端相连，霍尔IC电源管脚连有参考电压模块REG，参考电压模块REG的两个输出端分别连有放大器AMP和缓存输出模块Buffer，参考电压模块REG的两个输出端分别与放大器AMP和缓存输出模块Buffer的电压输入端相连，放大器AMP的两个信号输入端分别与霍尔敏感元件X的两个信号输出端相连，放大器AMP的信号输出端与缓存输出模块Buffer的信号输入端相连，缓存输出模块Buffer的信号输出端与霍尔IC的信号输出管脚相连，霍尔敏感元件X、放大器AMP、缓存输出模块Buffer的接地端均与霍尔IC的地管脚相连；霍尔IC的信号输出端与单片机的信号输入端相连；
具体步骤如下：
步骤一，设定单片机的对比阀值V阈；
步骤二，单片机初始化，读取霍尔IC的静态输出电压VOUT并记为V0；
步骤三，单片机每间隔一段时间检测一遍VOUT，如果VOUT-V0大于设定阈值V阈，则判定感应到S极有效磁场；如果VOUT-V0小于-V阈则判定感应到N极有效磁场；否则继续循环检测。
如图3所示，在VDD＝5V的工作电压下，通过100次霍尔IC的灵敏度Vsen测定实验发现，灵敏度Vsen主要集中在16-18MV/GS，仅有少数分布在15 MV/GS和19 MV/GS但Vsen均高于10 MV/GS，则霍尔IC在VDD＝5V的工作电压下，灵敏度Vsen高于10MV/GS。
如图4所示，在VDD＝5V的工作电压下，通过100次霍尔IC的静态输出电压最大偏差V△测定实验发现，霍尔IC的静态输出电压的均落在2.36V与2.58V之间，(2.58-2.36)V/2＝110mV＜150mV，则霍尔IC在VDD＝5V的工作电压下，静态输出电压最大偏差V△＝150mV。
如图5所示，在VDD＝5V的工作电压下，通过100次霍尔IC在-40-85℃的范围内进行的噪声和温漂叠加值测定实验发现，噪声和温漂叠加值主要集中在33-43mV范围内，仅有少数分布在28mV、30mV、46mV，但其均不超过50mV，则霍尔IC在VDD＝5V的工作电压下，在-40-85℃的范围内其噪声和温漂叠加值不超过50MV。按照最大50MV的噪声温漂叠加值，最小灵敏度15MV/GS来计算，只要磁场超过4GS，输出电压VOUT-V0就可以大于噪声电压，因此可以保守实现5GS以上磁场的有无判定。
优选的，缓存输出模块Buffer的接地端通过负载与霍尔IC的地管脚相连。
优选的，步骤二中如果VOUT<VDD/2-V△或者VOUT>VDD/2+V△，直接判定有磁场存在或设备故障，需检查是否有磁场靠近或设备故障。
优选的，步骤三中间隔的时间可以根据实际应用情况调整。
本发明中的传感器结构简单，判断的精确度高、可靠性好，能够检测到现有霍尔开关芯片难以检测到的5-20GS的弱磁磁场，使得胶磁等成本较低的弱磁材料得到广泛的应用，降低了成本。
实施例一
一种线性霍尔集成电路弱磁检测传感器，包括霍尔IC和单片机，霍尔IC包括霍尔敏感元件X，霍尔IC电源管脚与霍尔敏感元件X的电压输入端相连，霍尔IC电源管脚连有参考电压模块REG，参考电压模块REG的两个输出端分别连有放大器AMP和缓存输出模块Buffer，参考电压模块REG的两个输出端分别与放大器AMP和缓存输出模块Buffer的电压输入端相连，放大器AMP的两个信号输入端分别与霍尔敏感元件X的两个信号输出端相连，放大器AMP的信号输出端与缓存输出模块Buffer的信号输入端相连，缓存输出模块Buffer的信号输出端与霍尔IC的信号输出管脚相连，霍尔敏感元件X、放大器AMP、缓存输出模块Buffer的接地端均与霍尔IC的地管脚相连；霍尔IC的信号输出端与单片机的信号输入端相连；
一种胶磁能作用到霍尔IC上的最小磁场是15GS作用于本发明的霍尔IC的霍尔敏感元件X，在5V工作电压下霍尔IC的灵敏度Vsen10-20MV/GS，静态输出电压偏差V△150mV。
步骤一，设定单片机的对比阀值V阈为最小灵敏度10乘以最小磁场15为150MV；
步骤二，单片机初始化，读取霍尔IC的静态输出电压VOUT＝2.45V并记为V0；
步骤三，单片机每间隔50ms检测一遍VOUT，某一时刻VOUT＝2.25V，则VOUT-V0＝2.25-2.45＝-0.2V＜-150MV，判定感应到N极有效磁场。
实施例二
一种线性霍尔集成电路弱磁检测传感器，包括霍尔IC和单片机，霍尔IC包括霍尔敏感元件X，霍尔IC电源管脚与霍尔敏感元件X的电压输入端相连，霍尔IC电源管脚连有参考电压模块REG，参考电压模块REG的两个输出端分别连有放大器AMP和缓存输出模块Buffer，参考电压模块REG的两个输出端分别与放大器AMP和缓存输出模块Buffer的电压输入端相连，放大器AMP的两个信号输入端分别与霍尔敏感元件X的两个信号输出端相连，放大器AMP的信号输出端与缓存输出模块Buffer的信号输入端相连，缓存输出模块Buffer的信号输出端与霍尔IC的信号输出管脚相连，霍尔敏感元件X、放大器AMP、缓存输出模块Buffer的接地端均与霍尔IC的地管脚相连；霍尔IC的信号输出端与单片机的信号输入端相连；
一种胶磁能作用到霍尔IC上的最小磁场是15GS作用于本发明的霍尔IC的霍尔敏感元件X，在5V工作电压下霍尔IC的灵敏度Vsen10-20MV/GS，静态输出电压偏差V△150mV。
步骤一，设定单片机的对比阀值V阈为最小灵敏度10乘以最小磁场15为150MV；
步骤二，单片机初始化，读取霍尔IC的静态输出电压VOUT＝2.45V并记为V0；
步骤三，单片机每间隔50ms检测一遍VOUT，某一时刻VOUT＝2.75V，则VOUT-V0＝2.75-2.45＝0.3V＞150MV，判定感应到S极有效磁场。
实施例三
一种线性霍尔集成电路弱磁检测传感器，包括霍尔IC和单片机，霍尔IC包括霍尔敏感元件X，霍尔IC电源管脚与霍尔敏感元件X的电压输入端相连，霍尔IC电源管脚连有参考电压模块REG，参考电压模块REG的两个输出端分别连有放大器AMP和缓存输出模块Buffer，参考电压模块REG的两个输出端分别与放大器AMP和缓存输出模块Buffer的电压输入端相连，放大器AMP的两个信号输入端分别与霍尔敏感元件X的两个信号输出端相连，放大器AMP的信号输出端与缓存输出模块Buffer的信号输入端相连，缓存输出模块Buffer的信号输出端与霍尔IC的信号输出管脚相连，霍尔敏感元件X、放大器AMP、缓存输出模块Buffer的接地端均与霍尔IC的地管脚相连；霍尔IC的信号输出端与单片机的信号输入端相连；
一种胶磁能作用到霍尔IC上的最小磁场是15GS作用于本发明的霍尔IC的霍尔敏感元件X，在5V工作电压下霍尔IC的灵敏度Vsen10-20MV/GS，静态输出电压偏差V△150mV。
步骤一，设定单片机的对比阀值V阈为最小灵敏度10乘以最小磁场15为150MV；
步骤二，单片机初始化，读取霍尔IC的静态输出电压VOUT＝2.55V并记为V0；
步骤三，单片机每间隔40ms检测一遍VOUT，某一时刻VOUT＝2.75V，则VOUT-V0＝2.75-2.55＝0.2V＞150MV，判定感应到S极有效磁场。
上面结合具体实施例对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种线性霍尔集成电路在弱磁检测传感器中的应用方法，传感器包括霍尔IC和单片机，其特征在于，霍尔IC包括霍尔敏感元件X，霍尔IC电源管脚与霍尔敏感元件X的电压输入端相连，霍尔IC电源管脚连有参考电压模块REG，参考电压模块REG的两个输出端分别连有放大器AMP和缓存输出模块Buffer，参考电压模块REG的两个输出端分别与放大器AMP和缓存输出模块Buffer的电压输入端相连，放大器AMP的两个信号输入端分别与霍尔敏感元件X的两个信号输出端相连，放大器AMP的信号输出端与缓存输出模块Buffer的信号输入端相连，缓存输出模块Buffer的信号输出端与霍尔IC的信号输出管脚相连，霍尔敏感元件X、放大器AMP、缓存输出模块Buffer的接地端均与霍尔IC的地管脚相连；霍尔IC的信号输出端与单片机的信号输入端相连；
具体步骤如下：
步骤一，设定单片机的对比阀值V阈；
步骤二，单片机初始化，读取霍尔IC的静态输出电压VOUT并记为V0；
步骤三，单片机每隔一段时间检测一遍VOUT，如果VOUT-V0大于设定阈值V阈，则判定感应到S极有效磁场；如果VOUT-V0小于-V阈则判定感应到N极有效磁场；否则继续循环检测。
2.根据权利要求1所述的线性霍尔集成电路在弱磁检测传感器中的应用方法，其特征在于，霍尔IC在VDD＝5V的工作电压下，灵敏度Vsen高于10MV/GS，静态输出电压最大偏差V△＝150mV。
3.根据权利要求2所述的线性霍尔集成电路在弱磁检测传感器中的应用方法，其特征在于，霍尔IC在VDD＝5V的工作电压下，在-40-85℃的范围内其噪声和温漂叠加不超过50MV。
4.根据权利要求3所述的线性霍尔集成电路在弱磁检测传感器中的应用方法，其特征在于，缓存输出模块Buffer的接地端通过负载与霍尔IC的地管脚相连。
5.根据权利要求4所述的线性霍尔集成电路在弱磁检测传感器中的应用方法，其特征在于，步骤二中如果VOUT<VDD/2-V△或者VOUT>VDD/2+V△，直接判定有磁场存在或设备故障，需检查是否有磁场靠近或设备故障。
6.根据权利要求5所述的线性霍尔集成电路在弱磁检测传感器中的应用方法，其特征在于，步骤三中的间隔的时间可以根据实际应用情况调整。
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