電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（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)，將被測非電量參數(shù)轉(zhuǎn)化為電量參數(shù)，靈敏性足夠的同時穩(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)、自動化、信息處理等各個領(lǐng)域。工業(yè)自動化領(lǐng)域隨著工業(yè)4.0進(jìn)程的不斷發(fā)展演變，市場越來越需要傳統(tǒng)制造和工業(yè)設(shè)備具有更高的自動化水平。

為確保系統(tǒng)級精度和可靠性，很多此類應(yīng)用需要進(jìn)行準(zhǔn)確的絕對位置測量。在為應(yīng)用選擇正確的位置測量技術(shù)時，需要考慮多個因素，特別是測量精度、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，只對某一方向上的磁場敏感，單軸傳感在多向的磁場中，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自所有方向的磁場數(shù)據(jù)來計算角度和幅度。

3D霍爾可以檢測X，Y和Z軸的磁場，對任何方向放置的磁體都是敏感的。由此得來的絕對位置信息相比傳統(tǒng)霍爾傳感精度更高，結(jié)果更可靠。

在三維的實際場景中，3D霍爾傳感器不論是放在磁場軸上還是與磁場共面，都可以通過距離和角度來確定具體的位置。尤其是共面的測量方案，可以在旋轉(zhuǎn)軸磁場里實現(xiàn)超高精度的測量，很典型的例子是多軸機(jī)器人的多軸檢測。

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

3D霍爾帶來了應(yīng)用優(yōu)勢？

以最具代表性的對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)動控制，了解電機(jī)轉(zhuǎn)軸位置都是關(guān)鍵。

對于機(jī)器人控制而言，可靠的位置反饋能實現(xiàn)一致的系統(tǒng)控制，降低位置失準(zhǔn)帶來的風(fēng)險，同時如果位置反饋?zhàn)銐蚓珳?zhǔn)足夠快速還能進(jìn)一步改進(jìn)功能的同步和時序控制實現(xiàn)更快的響應(yīng)。

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

3D霍爾則只需要在封裝上與磁體對齊即可，可以靈活地放置在磁體允許范圍內(nèi)的任何位置，方便實現(xiàn)簡單緊湊的電機(jī)編碼解決方案。而且3D霍爾可以提供多個磁場范圍選項以應(yīng)對不同的強(qiáng)磁場環(huán)境，保證可靠度。這些用高帶寬進(jìn)行測量的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、變速器位置檢測、換檔器位置檢測、油門和制動踏板位置檢測等應(yīng)用場景對3D霍爾的需求也很大，而且還會要求3D霍爾提供穩(wěn)定的雜散場補(bǔ)償能力，保證對混合動力或電動汽車（xHEV）中的電機(jī)或電源線產(chǎn)生的干擾場不敏感。

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、家用電器的磨損檢測等等。

小結(jié)

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