Czujnik Halla w telefonie i samochodzie

Elektronika użytkowa pod postacią np. telefonów oraz motoryzacja w wielu markach i modelach samochodów np. audi i golfie wykorzystuje czujnik Halla. Wykorzystuje się go oczywiście na masę różnych innych sposobów np. jako przełączniki w maszynach przemysłowych. Dzięki niesamowitej uniwersalności i możliwości miniaturyzacji stał się jednym z najpopularniejszych czujników używanych w dzisiejszym świecie. Co to jest czujnik Halla i jakie ma zastosowanie w naszym życiu? To jedne z pytań, na które odpowiemy w poniższym artykule.

Co to jest czujnik Halla

Pomiar napięcia elektrycznego to jedna z prostszych rzeczy, większość mężczyzna będzie potrafiło wskazać np. Voltomierz jako narzędzie, którym można tego dokonać. Co w przypadku, gdy zapytam Panów i Panie o pomiar wielkości pola magnetycznego, jakie narzędzie będzie w stanie zmierzyć niewidoczny obszar magnetyzmu wokół magnesy?

Czytasz artykuł na temat czujnika Halla więc zapewne domyślasz się, że to właśnie on jest urządzeniem służącym do pomiaru wielkości pola magnetycznego. Jednak przeciętna osoba nie ma nawet pojęcia, że takie czujniki znajdują się w telefonach, samochodach i wielu inny przedmiotach.

Napięcie w czujniku Halla jest wprost proporcjonalne do natężenia pola magnetycznego przez niego przesyłanego.

O dokładnych zastosowaniach będziemy pisać w dalszej części tekstu, na ten moment należy zapamiętać, że czujnik Halla spełnia funkcję wykrywania zbliżeniowego, pozycjonowania, wykrywania prędkości i wykrywania prądu.

Czujnik Halla zwany również sondą Halla został odkryty w 1879r. przez Edwina Herberta Halla. Odkrycie wyprzedzało swoje czasy, powstało przed odkryciem elektronu, co ciekawe sonda przez wiele lat nie znajdowała zastosowania, gdyż musiała poczekać na rozwój techniki, a konkretnie lepszego poznania materiałów półprzewodnikowych jak krzem.

Materiały do produkcji czujników Halla

Czułość czujnika Halla determinują materiały z wysoką ruchliwością elektronów. Co za tym idzie pewne materiały będą lepiej się nadawać do jego produkcji niż inne. Wśród najbardziej odpowiednich znajdziemy:

• arsen galu
• arsen indu
• fosforek indu
• antymonid indowy
• grafen

Prawdopodobnie poza grafenem powyższe związki niewiele ci mówią, więc w ramach pigułki informacyjnej arsen galu jest związkiem pierwiastków galu i arsenu będący półprzewodnikiem, arsen indu to również półprzewodnik złożony z arsenu i indu itd. wszystkie materiały to półprzewodniki.

Zasada działania czujnika Halla

W czujniku z efektem Halla cienki pasek metalu ma prąd przyłożony wzdłuż niego. W obecności pola magnetycznego elektrony w metalowej taśmie odchylają się w kierunku jednej krawędzi, wytwarzając gradient napięcia na krótkim boku paska (prostopadle do prądu zasilania).

Czujniki z efektem Halla mają tę przewagę nad czujnikami indukcyjnymi, że podczas gdy czujniki indukcyjne reagują na zmieniające się pole magnetyczne, które indukuje prąd w cewce drutu i wytwarza napięcie na jego wyjściu, czujniki z efektem Halla mogą wykrywać statyczne (niezmienne) pola magnetyczne.

W najprostszej postaci czujnik działa jako przetwornik analogowy , bezpośrednio zwracając napięcie. Za pomocą znanego pola magnetycznego można określić jego odległość od płyty Halla. Za pomocą grup czujników można wywnioskować względne położenie magnesu.

Czujniki z efektem Halla są przetwornikami liniowymi. W rezultacie takie czujniki wymagają obwodu liniowego do przetwarzania sygnału wyjściowego czujnika. Taki obwód liniowy:

• dostarcza stały prąd napędowy do czujników
• wzmacnia sygnał wyjściowy

Czujnik Halla w telefonach

Współczesne telefony wyposażone są w wiele czujników odpowiadających za pomiar wysokości, temperatury czy ciśnienia atmosferycznego, dołączył do nich czujnik Halla. Układy scalone wykorzystujące ten czujnik wykrywają moment, w którym telefon jest zakryty i powinien zostać uśpiony, oraz czas, gdy powinien zostać wybudzony.

Opisywana właściwość po raz pierwszy pojawiła się już za czasów telefonów z klapką, obecnie wykorzystuje się ją w niektórych modelach telefonów.

Opcja ta zadziała tylko gdy telefon będzie w inteligentnej obudowie, czyli obudowie, która ma magnes i po zakryciu ekranu sygnał zostanie przetworzony na instrukcje uśpienia telefonu. Adekwatnie w momencie odsłonięcia ekranu telefon się wybudza.

Takie rozwiązanie ma wpływ nie tylko na wygodę użytkowania, ale również długość pracy telefonu na baterii. Co prawda nie należy upatrywać niesamowitych oszczędności, ale wolniejsze rozładowywanie zawsze będzie atutem.

Efekt Halla w telefonie

Czujnik Halla w telefonach od niektórych producentów pozwala na sterowanie za pomocą pewnych gestów bez dotykania wyświetlacza. Jest to relatywnie nowe zastosowanie i ciężko wróżyć, czy przyjmie się na stałe.

Nie każdy telefon jest wyposażony w czujnik Halla, nie jest to czujnik tak niezbędny jak czujnik temperatury czy żyroskop więc należy bacznie czytać specyfikację telefonu, jeżeli zależy nam na zakupie modelu z czujnikiem Halla (np. Galaxy S4).

Czujnik Halla w samochodach

Motoryzacja wykorzystuje czujnik Halla we wskaźnikach poziomu paliwa. Jest to możliwe przez umieszczenie elementu pływającego np. pionowego magnesu lub obrotowej dźwigni.

Gdy mamy do czynienia z pionowym układzie, magnes montowany jest na powierzchni pływającego obiektu. Przewód przewodzący prąd jest zamocowany na górze zbiornika w linii z magnesem. Gdy poziom paliwa wzrasta, na prąd przykładane jest rosnące pole magnetyczne, co powoduje wzrost napięcia Halla.

Wraz ze spadkiem poziomu paliwa również maleje napięcie w hali. Poziom paliwa jest wskazywany i wyświetlany przez odpowiedni stan sygnału napięcia Halla.

W czujniku obrotowej dźwigni magnesowany diametrycznie magnes pierścieniowy obraca się wokół liniowego czujnika Halla. Czujnik mierzy tylko pionowy (pionowy) element pola. Siła mierzonego pola jest bezpośrednio związana z kątem dźwigni, a tym samym poziomem zbiornika paliwa.

Wśród innych rozwiązań znajdziemy pomiar prędkości kół i wałów np. do pomiaru czasu zapłonu silnika spalinowego.

Pozostałe zastosowanie Czujników Halla

Oczywiście to nie jest tak, że tylko telefony skorzystały na funkcjonalności czujnika Halla. Również inne urządzenia mobilne jak laptopy i tablety zaadaptowały to rozwiązanie.

Jednym z podstawowych czujnika jest wykrywanie obecności obiektów magnetycznych co wiąże się z zastosowaniem w przemyśle jako włącznik/wyłącznik maszyn.

Pomiar strumienia magnetycznego w bezdotykowych pomiarach wykonywanych na transformatorach prądu stałego to kolejne zastosowanie.

Wiele klawiatur magnetycznych wykorzystuje efekt Halla, ale również bardziej zaawansowane klawiatury w przemyśle wojskowym i lotniczym z niego korzystają.

Jak widzisz czujnik Halla to bardzo przydatne urządzenie o szerokim zastosowaniu. Jeżeli ten temat Cię zainteresował to sprawdź również jak działa barometr w telefonie.