Digitális Hall szenzorok

Átírás

1 Digitális Hall szenzorok A Hall szenzorok mágnese térerő detektálására használhatók. A mágneses térbe helyezett fémben a mágneses mező hatására az átfolyó áram megváltozik. Ez Hall feszültség keletkezéséhez vezet, mely mágneses fluxus és az áram irányától függ és azokkal arányos mértékű. Az eszköz a keletkező feszültség mérésével teszi lehetővé a mágneses tér mérését.a digitális HAll szenzorok nagy részét ellátják egy integrált erősítővel az ún. Scmitt triggerrel is. SMD (SOT89) Hagyományos típusok (TO 92) Kapcsolási karakterisztika : kapcsoló, kétállású vagy tárolós a legtöbb logikai IC családdal kompatibilis A HAll szenzorok mágneses küszöbértéke : Bon/Boff 6mT /3 mt mt/18mt Tárolós típusok mágneses küszöbértéke : Bon/Boff +/- 3 mt... +/-14mT Üzemi hőméréklettartomány : -40 C C Felhasználások kontaktusmentes kapcsolók hajtásokban pozícióérzékelés rotációs és lineáris mozgás detektálására határoló kapcsolókban nedves környezetben használatos kapcsolókban

2 Principle of the Hall effect Application example: Detection of Rotational Movement Infravöros LED-ek Az infra LEDek 700nm-től 1000nm-es hullámhosszig bocsátanak ki az emberi szem számára láthatatlan fényt, mely azonban rendkívül jól detektálható szilikon fotodiódákkal illetve fototranzisztorokkal. A kibocsátott hullámhossz a szilikon chip alapanyagától függ.a 880 nm és a 950nm standard hullámhosszak, melyek közül az utóbbin alapuló alkatrészek ára sokkal kedvezőbb. Az infra LED-ek hullámhosszán és kapcsolási sebességén kívül meghatározó tulajdonságuk a fény kibocsátás módja is, mely szerint megkülönböztetünk oldal-, felül-, illetve alulvilágító típusokat. SMD vagy hagyományos kivitelek oldal-, felül-, illetve alulvilágító típusok Szórásszög : +/ /- 85 Hullámhossz tartomány : 700 nm nm Standard hullámhosszak : 850 nm, 880 nm, 950 nm A sugárzás intenzitása egészen 1000mW /sr értékű lehet Felhasználások Infravörös távirányítók Biztonsági fénysorompók Érzékeny visszaverő szenzorok Optikai kapcsolók a mechanikus kapcsolók kiváltására CCD kamerák éjszakai üzemmódjához háttérvilágítókként

3 Spectral Distribution of an Infrared LED Fototranzisztorok és fotodiódák A szilikon félvezető alapú foto-tranzisztorok és fotodiódák 400nm és 1100nm közötti hullámhosszú fény detektálására alkalmasak. Maximális érzékenységgel 880nm körül rendelkeznek, az infra tartomány különösen jól érzékelhető félvezető alapú komponensekkel. A foto-tranzisztorok és fotodiódák fekete epoxi borítással kerülnek forgalomba, ami biztosítja a nem kívánt spektrumú, elsősorban a látható sugárzás kiszűrését. LAssú optikai kapcsoló alkalmazásokhoz foto-tranzisztorokat, még nagy sebességű méréstechnikai és adatátviteli megoldásokhoz fotodiódákat használnak.

4 SMD vagy hagyományos kivitelek oldal-, felül-, illetve alulérzékelő típusok Érzékenység szöge : +/ /- 80 Látható fény kiszűrésére alkalmas borítással, vagy anélkül. 2 chipet tartalmazó foto-tranzisztorok is kaphatók forrasztható fotodióda chipek és fotodióda mátrixok nagy választékban kaphatóak speciális szenzor funkciókhoz. Felhasználások fotodiódák számára gyors infra adatátviteli rendszerek optikai mérőberendezések fénysorompók Felhasználások foto-tranzisztorok számára optikai kapcsolók, fénysorompók sötétség / világosság szenzorok alacsony sebességű optikai adatátviteli eszközök Sensitivity range of Silicon with and without Daylight filter

5 Infrared receiver circuit with relay output Fotomegszakítók A foto-megszakítók egy infra LED-ből és egy, vagy két azonos tokba épített fototranzisztorból állnak. Az elem felépítése olyan, hogy a LED-et és a fototranzisztor(oka)t egymástól egy detektáló rés választja el, az ide behatoló objektum a fénysugár útját megszakítva alkalmassá teszi az eszközt mechanikai jellemzők mérésére. Az alkatrészen széles választékban kaphatók különféle geometriákban, elsősorban méretben, detektáló rés méretben és pozícióban, az optikai tengely különféle elrendezésében való eltérésekkel. A mozgás irányának detektálására kaphatók két foto-tranzisztorral ellátott változatok is. SMD vagy hagyományos kivitelek különféle résméretek és geometria csavaros rögzítésre szolgáló fülek 2 tranzisztoros változatok Foto reflektorok

6 A foto-reflektorok egy infra LED-ből és egy foto-tranzisztorból állnak. A foto megszakítókkal ellentétben ezek egymás mellett helyezkednek el és a a LED által kibocsátott fényt a design részét képező külső reflexiós felületről visszaverve érzékeli a tranzsiztor. visszavert fény mennyisége erősen függ a felület jellemzőitől és a távolságától. Ezért nagyon fontos a design során a különféle működési módok, toleranciák és zavaró külső fényhatások figyelembe vétele. SMD vagy hagyományos kivitelek lencsével, vagy anélkül Látható fény kiszűrésére alkalmas borítással, vagy anélkül. oldalvilágító típusok Fotoellenállások A fotoellenllások (LDR) a fényre érzékeny elemek, melyek ellenállásukat MOhm értékről fény hatására (10 Lux) kohm nagyságrendre csökkentik, ezáltal változtatják az érzékelő áramerősséget. A fotodiódákkal összehasonlítva jelentősen nagyobb spektrális érzékenységgel bírnak, s míg a fotodiódák az infra tartományban, a fotoellenállások a látható fény tartományában működnek. Ezáltal kiváló világítás szenzort lehet építeni belőlük, mert eleve nem érzékenyek az alkonyati, még erősen jelen lévő infra spektrumra. hagyományos kivitelek különféle méretek

7 hermetikus lezárással vagy kerámia alapon a látható fény tartományában érzékeny Felhasználások lámpa kapcsolók járművek belső fényérzékelésére Infravörös vevő modulok Az infra modulok adatátviteli rendszerek vevőiben használatosak, pl TV távvezérlő vevő. A távszabályzó által kibocsátott jel tipikusan 38kHz vevifrekvenciával modulált. A vevőegység csak ezen frekvencián érzékeli az impulzusokat é elnyomja a külső sávon kívüli jeleket. (pl gáz kisüléses és energiatakarékos lámpák fényét) SMD éshagyományos kivitelek oldalsó és felső detektálás lehetősége Tápfeszültség 2.7V 5.5 V A következő vivőfrekvenciákkal : 30.0; 32,75; 36,7; 38.0; 40,0 és 56,8 khz belső határoló áramkör

8 Principle of IR Receiver Module Circuit Diagram Fényszenzorok Az LSL 100 fényszenzor egy szilikon fotodiódán, érzékenysége az infravörös tartományban külső szűrőkkel kerül elnyomásra. Emiatt nagyon alkalma a napfény detektálásár akkor, amikor pl az infravörös spektrumban érkező jelek erősek (pl napsugárzás) Az elem beépített erősítőáramkörrel rendelkezikés a fototranzisztorhoz hasonló módon használható. SMD és hagyományos kivitelek maximális érzékenység az 580 nm körüli hullámhosszon jelentkezik Tápfeszültség 8 V Fotoáram kb 0.1 na 100 lx féynerősség mellett Éledési idő kb 8 ms. RoHs megfelelő kadmium mentes elem. Felhasználások vakok vezetésére járművek belső fényérzékelésére nappali fény általi vezérlésre

9 Principle of Light Sensor Circuit Diagram Digitális Hall szenzorok A Hall szenzorok mágnese térerő detektálására használhatók. A mágneses térbe helyezett fémben a mágneses mező hatására az átfolyó áram megváltozik. Ez Hall feszültség keletkezéséhez vezet, mely mágneses fluxus és az áram irányától függ és azokkal arányos mértékű. Az eszköz a keletkező feszültség mérésével teszi lehetővé a mágneses tér mérését.a digitális HAll szenzorok nagy részét ellátják egy integrált erősítővel az ún. Scmitt triggerrel is. SMD (SOT89) Hagyományos típusok (TO 92) Kapcsolási karakterisztika : kapcsoló, kétállású vagy tárolós a legtöbb logikai IC családdal kompatibilis A HAll szenzorok mágneses küszöbértéke : Bon/Boff 6mT /3 mt mt/18mt Tárolós típusok mágneses küszöbértéke : Bon/Boff +/- 3 mt... +/-14mT Üzemi hőméréklettartomány : -40 C C Felhasználások kontaktusmentes kapcsolók hajtásokban pozícióérzékelés

10 rotációs és lineáris mozgás detektálására határoló kapcsolókban nedves környezetben használatos kapcsolókban Principle of the Hall effect Application example: Detection of Rotational Movement Programozható Hall szenzorok A programozható Hall szenzorokat digitális Hall szenzorokból fejlesztették. Ezekkel az eszközökkel, ahol a kimeneti feszültség szabadon programozható a külső mágnes pozíciója függvényében, a méréseknél fellépő zavaró tényezők, mint a mágneses és geometriai tolerancia vagy a hőmérséklet drift a mérési pontosságra (kapcsolási pontosságra) gyakorolt hatása kompenzálható. A HAL80x sorozatok esetén a mágnes 2 pozíciójához (kezdeti és végállás) tartozó feszültség programozható. A szenzor lineáris közelítéssel adja meg az egyes közbülső pozíciókhoz tartozó feszültségértéket. A HAL85x sorozat ennél is fejlettebb, 32 beállítási ponttal 9 bites felbontással teszi lehetővé a programozást.

11 Hagyományos típusok (TO 92 UT) Belső hőmérséklet kompenzálás Programozható mágneses anyag hőmérséklet kompenzálás Üzemi hőméréklettartomány : -40 C C sokszor programozhatóak Zárolási funkció Programozó kártya és szoftver is kapható Felhasználások kontaktusmentes kapcsolók hajtásokban pozícióérzékelés rotációs és lineáris mozgás detektálására Application example: Detection of the linear movement of a magnet Analóg Hall szenzorok Az analóg Hall szenzorok csak a HALL elemet tartalmazzák kiegészítő áramkör nélkül és ott használhatók, ahol a mágnees tér jelenlétét kvantitatív módon kell mérni, vagy ahol a digitális

12 változatok pl a fogyasztásu miatt nem használhatók. Ezek a szenzorok nagyon kis méretben gyárthatók, így akár tekercsekben való elhelyezésük is lehetséges. SOT 23 vagy kisebb tokozás Vertikális változat a NYÁK panellel párhuzamos mágneses tér mérésére. alapanyaguk InSb vagy GaAs Felhasználások mozgásérzékelés méréstechnika (áram érzékelők) Magneto rezisztív szenzorok Ez a szenzortípus rendkívül gyenge, mindössze 1-5 mt közötti mágneses terek érzékelésére szolgál. Az MR10 két digitális kimenettel rendelkezik, ebből az egyik 1.5mT, a másik 3.5 mt értéken dolgozik A belső órajel (10-20Hz) rendkívül kis fogyasztást és így telepes üzemet biztosít. Ezel a szenzorral olyan megoldást tudunk készíteni, ahol egy szenzor képes egy mágnes két állását detektálni. SMD méretek : 1.5 mm x 1.5 mm x 0.8 mm tápfeszültség 3V áramfelvétel 6 µa

13 Principle of MR 10 Sensor Circuit Diagram Vibrációs szenzorok Ez a szenzortípus kis oszcilláció és rezgés detektálására alkalmazható. A golyós kapcsolók jól ismert működési elve ihlette a tervezőket arra, hogy alkossanak egy SMD LED tokozású, hermetikusan szigetelt tokozást, melyben egy 0.8mm átmérőjű acélgolyó található egy 1 mm átmérőjű csőben. Nyugalmi állapotból kimozdítva a golyót (rezgés) az addig zárt áramkör megszakad, ami külső áramkörrel detektálható. SMD méretek : 2.45 mm x 2.45 mm x 1.6 mm hermetikusan szigetelt Alkalmazások vagyonvédelem hordozható eszközök automatikus élesztése mozgásdetektálás

14 Légnyomásváltozás szenzor Az FKS 111 szenzor a légnyomás enyhe változását is képes kimutatni, ezáltal kiválan alkalmazható ajtók nyitásának detektálására. A légnyomás változását egy kicsi piezzo elem érzékeli és egy erősítő illeszti a külső áramkörhöz. Az 1 Pa nyomásváltozást is képes érzékelni, de nem probléma a 100 kpa sem, azonban nem reagál a hangnyomásra. TO12-höz hasonló tokozás működési feszültség V jelfeszültség : V Alkalmazások terem monitorozás (ajtó nyitás ) gyógyászat (csecsemő légzésfigyelő)

15 Principle of FKS 111 Sensor Circuit Diagram Termisztorok A termisztorok negatív hőmérséklet koefficiensű (NTC) hőmérsékletfüggő ellenállások, melyek chip technológián alapulnakk, tehát hosszú ideig nagyon stabilak. Az Endrich által kínált SEMITEC termisztorok 1%-os toleranciával bírnak az R25 és B jellemzők tekintetében. A működési hőmérséklet akár 150 C is lehet, és SMD tokozásokban, vagy szuper lapos, hagyományos kivezetéses változatokban is kaphatók. SMD : Hagyományos kivitelek még szuper-lapos kivitel is hozzáférhető R25 : 1kOhm 1M Ohm B25-85 : 3100K- 4900K Tolerancia R25 és B érték : 0.5% - 3% Alacsony időtényező 150 C fokos üzemi hőmérsékletig Kaphatók még teljesítmény NTC-k is Egyedi kivitel is lehetséges Felhasználási lehetőségek telefon akkuk, akku csoportok védelmére; hőmérőkhöz; hőmennyiség mérőkhöz; precíziós hő-kompenzáláshoz (Kristály, LCD, mágneses komp., erősítők ); hőmérséklet monitorozáshoz

16 Characteristic Resistance Curve of NTCs Termoelemek A termoelemek olyan hőmérséklet szenzorok, melyek a minden test által kibocsátott termikus sugárzást érzékelik, így érintkezésmentes érzékelést biztosítanak. Kimenetükön a kibocsátó test felületi hőmérsékletével arányos feszültség (200uV 1 mv) jelenik meg. TO tokozás kimeneti feszültség : 200µV 1 mv időtényező : 15 ms

17 beépített NTC ellenállás : 65 kohm Felhasználás testhőmérők, érintkezésmentes hőmérők; mikrohullámú berendezések Ultraszonikus szenzorok Az ultraszonikus szenzor alapját képező piezzo elem az emberi hallásküszöb feletti, 25 KHzs, néhány cm-es hullámhosszú ultrahangot bocsát ki és ezzel nagy pontosságú távolságmérést tesz lehetővé. Léteznek adóval és vevővel egybeépített, vagy külön szerelt típusok is, csakúgy, mint nyitott és vízálló, zárt változatok is. A hangnyomás 25KHz és 200 khz közötti frekvencián nagyobb, mint 100dB. Frekvencia : 25KHz és 200 khz nyitott, vagy hermetikusan lezárt változatok A hangnyomás 25KHz és 200 khz közötti frekvencián nagyobb, mint 100dB. adóval és vevővel egybeépített, vagy külön szerelt típusok

18 Pyro-szenzorok A pyro-szenzorok az um közötti termikus sugárzást érzékelik, mely megfelel az emberi test által kibocsátott sugárzásnak. A működési elvből kiindulva (pyro-elektrikus hatás) az érzékelés csak a radiáció változására vonatkozik, azaz a mért hőforrásnak mozognia kell. Innen a közkeletű mozgásdetektor elnevezés. TO vagy lapos tokozás 1-12 elem különféle észlelési karakterisztikák Jel kimenet : mvp-p Tápfeszültség : V Megfelelő Fresnel lencsék is kaphatók Mágnesestér szenzor

19 de: Magnetfeld Sensor, en: magnetic field sensor Egyik jellemző felhasználási területe a szenzortípusnak a (munka)hengerek pozíció (főleg végállás) felügyelete. A dugattyúba integrált mágnes mezejét a szenzor a henger házán keresztül érzékeli -a mérés a magnetoinduktív érzékelő elvén alapul. Az érintésmentes működésnek köszönhetően az érzékelés megbízható, kopásmentes, ezáltal a gyártástechnikában egy rendkívül elterjedt megoldás. Ezeknek a munkahengereknek a tokozását jellemzően nem mágnesezhető könnyűfém öntvözetekből készítik. Ennek az alábbi előnyei vannak: könnyű strapabíró jó a hőleadó-képessége a mágnesteres állásérzékelést nem zavarja A pneumatikus henger dugattyúgyűrűjében állandó mágnes van beépítve, amelyet a mágnesestérérzékeny szenzor a nem mágnesezhető hengerfalon keresztül érzékel. A tokozás bordázata jellemzően egységes méretezésű bevágásokból áll, melyekbe az ezekre méretezett szenzorok könnyen (egy csavarral vagy klippel) installálhatók. A bal oldali példán egy munkahenger két végállás-szenzorral látható. Az üzemi feszültség jelzése jellemően zöld, a funkció jelzése pedig sárga LED-del történik a szenzortokozáson Induktív szenzor de: Induktive Sensor, en: inductive sensor

20 Az induktív érzékelők olyan jelátalakítók, melyek kimenetük állapotváltozásával jelzik fémes tárgyak jelenlétét érzékelési területükön belül, anélkül hogy direkt kontaktus alakulna ki a szenzor és a tárgy között. A kapcsolási távolsága függ a fémtárgy anyagának elektromos vezetőképességétől, így az acéltól eltérő anyagok esetén az un. redukciós tényező értéke emelkedik és ezzel párhuzamosan az érzékelés valószínűsége csökken. Az érzékelő és jelátalakító leírása az induktív érzékelő pont alatt található Kapacitív szenzor de: Kapazitiver Sensor, en: capacitive sensor A kapacitív szenzor egy tárgy közeledése által a kondenzátor elektromos mezejében okozott kapacitásváltozást alakítja át jelzéssé. Fémeket, műanyagokat és folyadékokat is érzékel, ezért sokoldalúan alkalmazható, elvi leírása a kapacitív érzékelő pont alatt található. Kapacitív elven víz- és páratartalom is mérhető, de adott esetben ujjlenyomat olvasásra is alkalmas. A szenzor felületére helyezett ujj eltérő kapacitást mutat az ujj felületén lévő völgyek és fodorszálak függvényében. Ezt az eltérő kapacitást detektálják és elektromos jellé alakítva továbbítják. Ezzel a technológiával kis méretű és közepes minőségű szenzorok készíthetők. A technológia hátránya, hogy kapacitív jellegből adódóan a szenzorok érzékenyek az elektrosztatikus kisülésekre Fénysorompó de: Lichtschranke, en: light barrier Opto-szenzorok de: Optische Sensor Villás fénysorompó de: Gabellichtschrank Keretes fénysorompó de: Rahmenlichtschrank Fénykapu de: Lichtvorh Az optikai elven működő szenzorok jellemzően kitakarás elven működnek, azaz egy fényforrás és az érzékelő közé belépő tárgy elzárja a fény útját, és a szenzor ezt érzékeli, ezt a típust egyutas optikai

21 szenzornak nevezzük. Léteznek az un. tárgyreflexiós szenzorok is, ezekhez egy tükröző felület tartozik, ahonnan visszaverődik a kibocsátott fény. A villás és keretes fénysorompók egyutas szenzorokkal vannak felszerelve, a nehezen hozzáférhető tárgyakhoz igazodik a formájuk, jellemzően mindegyiknek a szára végén található a fénykapu. A fénykapuk nagy felületek lebiztosítására alkalmasak, jellemzően olyan gépeknél bukkannak fel, ahol a technológiát azonnal le kell állítani, ha valaki benyúl a gépbe. Ilyenkor a gép nyitott felületének a két oldalán találhatók a biztonsági funkciójuk miatt sárgára festett kapuk. Ha pásztázás közben tárgyat érzékelnek, általában a vészkörön keresztül vészállj funkciót eredményeznek, ha a gép automata üzemmódban dolgozik.