4 磁體傳感器放置

本應用報告中介紹的設計目標是實現從 1/2 Vs 到電源軌或接地軌的輸出涵蓋整個運動范圍（如圖 4-1 的中上圖所示）。如果默認靜止狀態角度下的輸出遠高于 1/2 Vs，并且輸出軌以極小的運動與電源連接（如左圖所示），則磁體離傳感器太近。相反，如果在運動范圍內輸出幾乎沒有變化（如右圖所示），則磁體離得太遠。另一種可能是傳感器檢測到兩個不同角度下的電壓電勢相同，如下圖所示。對于單個霍爾元件檢測設計，應避免這種情況，因為傳感器無法區分這兩個角度。對于這種情況，請考慮調整傳感器或磁體的方向。

這種設計的關鍵邊界約束可能是空間和成本，需要更便宜和更小的磁體。鑒于您擁有一個小型控制器外殼，里面裝有其他傳感器、觸覺電機、電源轉換器、無線收發器和處理電路，那么小型磁體比較可取。因此，為觸發器分配的空間很小，而磁體需要裝入觸發器內。較小的磁體具有較少的磁通量，而鐵氧體磁體等廉價磁體具有很少的磁通量。因此，傳感器需要靠近磁體。

可通過迭代來確定磁鐵的接近程度。幸運的是，用戶可以利用一些工具（例如圖 4-5 中所示的 TI 的 Magnetic Sensing Proximity Tool）測試多個用例，然后再繼續構建工作臺。對于最終測試迭代，我們選擇了直徑為 3/8 英寸 (9.525mm) 且厚度為 1/8 英寸 (3.175mm) 的圓柱形陶瓷鐵氧體磁體并裝入觸發器組件，如圖 4-2 所示。點擊 Calculate B-Field & Vout 后，如果為 Magnet Material 選擇了 Custom，則該工具會提示用戶輸入有關磁體的更多信息，如圖 4-4 中所示。在該條目表中，需要相對磁導率 (μ_r) 和矯頑力 (H_c)。可根據磁體制造商規格和方程式 1 確定這些值。

為了簡化工具內的評估，我們調整了觸發器的方向，以匹配工具放置規格的方向。為該應用選擇的觸發器實現方案具有鉸鏈運動，可在工具條目字段 a1 和 a2 中指定的角度范圍內移動，如圖 4-3 所示。我們根據人體工程學，設置了 65° 至 110° 的范圍。除角度范圍外，圖 4-3 還表明需要多個其他規格才能進行正確評估。這些規格與圖 4-5 中所述的尺寸相對應。圓弧半徑、傳感器 Z 偏移和磁體 Z 偏移均相對于鉸鏈原點，而 X 偏移和 Y 偏移均相對于器件原點。指定相對磁體和傳感器位置后，可以選擇器件。在本例中，考慮使用 TMAG5253，因為該器件是一款可啟用和禁用的低功耗器件。

圖 4-6 中的仿真結果表明，由于輸出不是線性，并且輸出軌過早地與電源連接，因此這種設計不符合期望的設計目標。此時有幾個選項。這些選項包括修改各種機械參數、修改磁體或嘗試使用不同的器件靈敏度型號。磁體離器件越遠，在接近 a1 的角度下觀察到的磁場就越小；但是，這會將器件拉入一個區域，在該區域內，接近 a2 的較大角度幾乎沒有差別?？梢允褂脺y量范圍較寬且靈敏度較低的器件。但是，由于機械設計具有一定的靈活性，因此下限角度降低至約 75°。這種特定范圍和運動類型的線性度很難實現，并且 79° 和 110° 之間的輸出值不會重復或導致混疊；因此，進入下一個開發階段是合理的。