4 磁体传感器放置

本应用报告中介绍的设计目标是实现从 1/2 Vs 到电源轨或接地轨的输出涵盖整个运动范围（如图 4-1 的中上图所示）。如果默认静止状态角度下的输出远高于 1/2 Vs，并且输出轨以极小的运动与电源连接（如左图所示），则磁体离传感器太近。相反，如果在运动范围内输出几乎没有变化（如右图所示），则磁体离得太远。另一种可能是传感器检测到两个不同角度下的电压电势相同，如下图所示。对于单个霍尔元件检测设计，应避免这种情况，因为传感器无法区分这两个角度。对于这种情况，请考虑调整传感器或磁体的方向。

图 4-1 输出示例图

这种设计的关键边界约束可能是空间和成本，需要更便宜和更小的磁体。鉴于您拥有一个小型控制器外壳，里面装有其他传感器、触觉电机、电源转换器、无线收发器和处理电路，那么小型磁体比较可取。因此，为触发器分配的空间很小，而磁体需要装入触发器内。较小的磁体具有较少的磁通量，而铁氧体磁体等廉价磁体具有很少的磁通量。因此，传感器需要靠近磁体。

可通过迭代来确定磁铁的接近程度。幸运的是，用户可以利用一些工具（例如图 4-5 中所示的 TI 的 Magnetic Sensing Proximity Tool）测试多个用例，然后再继续构建工作台。对于最终测试迭代，我们选择了直径为 3/8 英寸 (9.525mm) 且厚度为 1/8 英寸 (3.175mm) 的圆柱形陶瓷铁氧体磁体并装入触发器组件，如图 4-2 所示。点击 Calculate B-Field & Vout 后，如果为 Magnet Material 选择了 Custom，则该工具会提示用户输入有关磁体的更多信息，如图 4-4 中所示。在该条目表中，需要相对磁导率 (μ_r) 和矫顽力 (H_c)。可根据磁体制造商规格和方程式 1 确定这些值。

图 4-2 触发器模块

为了简化工具内的评估，我们调整了触发器的方向，以匹配工具放置规格的方向。为该应用选择的触发器实现方案具有铰链运动，可在工具条目字段 a1 和 a2 中指定的角度范围内移动，如图 4-3 所示。我们根据人体工程学，设置了 65° 至 110° 的范围。除角度范围外，图 4-3 还表明需要多个其他规格才能进行正确评估。这些规格与图 4-5 中所述的尺寸相对应。圆弧半径、传感器 Z 偏移和磁体 Z 偏移均相对于铰链原点，而 X 偏移和 Y 偏移均相对于器件原点。指定相对磁体和传感器位置后，可以选择器件。在本例中，考虑使用 TMAG5253，因为该器件是一款可启用和禁用的低功耗器件。

图 4-3 工具输入

图 4-4 磁体条目

图 4-5 磁体器件相对位置

图 4-6 中的仿真结果表明，由于输出不是线性，并且输出轨过早地与电源连接，因此这种设计不符合期望的设计目标。此时有几个选项。这些选项包括修改各种机械参数、修改磁体或尝试使用不同的器件灵敏度型号。磁体离器件越远，在接近 a1 的角度下观察到的磁场就越小；但是，这会将器件拉入一个区域，在该区域内，接近 a2 的较大角度几乎没有差别。可以使用测量范围较宽且灵敏度较低的器件。但是，由于机械设计具有一定的灵活性，因此下限角度降低至约 75°。这种特定范围和运动类型的线性度很难实现，并且 79° 和 110° 之间的输出值不会重复或导致混叠；因此，进入下一个开发阶段是合理的。

图 4-6 仿真输出