現(xiàn)成的標準型感測器往往無法滿足原始設備制造商(OEM)獨特的設計要求，此時客制化感測器即成為開發(fā)人員的最佳選擇；透過量身訂制參數(shù)規(guī)格，客制化感測器將可打造更符合應用情境需求，且可靠度更高的獨特功能。

成功的磁路建立在合理的規(guī)劃和設計原則之上。經(jīng)驗豐富的設計工程師在設計過程中會考慮整個磁路而進行整體分析。原始設備制造商(OEM)團隊與客戶之間開誠布公的溝通有助于工程師對專案的獨特參數(shù)和要求進行預期并相應地進行客制設計。

如果OEM團隊在主系統(tǒng)設計接近完成之前忽略了感測器的布局將會導致耗時的設計挑戰(zhàn)出現(xiàn)。規(guī)劃不善的設計很可能具有獨特的感測器設計要求，這是標準的感測器元件所無法滿足的。例如，機械設計的封裝對可用空間來說可能過大。或者，如果沒有額外的電路，電力載荷將無法容納標準的傳感元件。如果現(xiàn)成的感測器無法滿足獨特的設計要求，那么將需要一款客制的感測器。即使在設計中應用了最佳實踐，惡劣的環(huán)境條件也會迫使客制感測器成為應用的唯一選擇。

常用于汽車和消費電器應用中的干簧管感測器和霍爾效應感測器使高可靠性的電路開發(fā)成為可能。雖然這些感測器設計簡單，但是可以對其進行修改，以適應具有獨特的功率、精確度、穩(wěn)定性和可靠性要求的環(huán)境。本文將就設計工程師可以選用的干簧管開關(guān)和各種霍爾效應感測器輸出方案在輸出訊號特征上的差異進行探討，還將對設計師如何為應用選擇最佳的感測器進行說明。

數(shù)位感測器具備高可靠性

大多數(shù)客戶在他們的磁傳感測應用中要求采用數(shù)位輸出，因為他們想驗證某個對象是否在其適當?shù)奈恢蒙?。下面的?shù)位感測器可為客制的磁傳感應用提供卓越的可靠性。

干簧管開關(guān)

干簧管開關(guān)是一種不需要電力來操作的電氣開關(guān)。密封在玻璃管內(nèi)的觸點所采用的是特殊金屬材料。

優(yōu)點

這種開關(guān)由于不受濕氣和其他環(huán)境因素影響因而具有高可靠性。因此，觸點不會氧化，并且能夠在邏輯電平負載下持續(xù)運行數(shù)百萬個周期。

應用范圍

干簧管開關(guān)在電池供電的應用中非常受歡迎。這種開關(guān)被用于汽車安全產(chǎn)品中，如安全帶扣夾緊/閉合檢測感測器和碰撞檢測的碰撞感測器。由于干簧管感測器能夠切換交流或直流負載，因而成為數(shù)位開關(guān)應用受歡迎的選擇，如保安和家用電器市場中的門閉合檢測。

冰箱門采用干簧管開關(guān)進行門的閉合檢測。磁體安裝在門上，干簧管感測器安裝在隱藏于冰箱外壁后面的固定框架上。當門被打開時，舌簧感測器無法感測到磁場，使LED燈泡點亮。當門被關(guān)上時，感測器感測到適當?shù)拇艌觯琇ED燈熄滅。在該應用中，電器中的微控制器從干簧管感測器獲得訊號，然后通過控制單元啟動或關(guān)閉LED燈。

數(shù)位霍爾效應感測器

基于半導體的數(shù)位霍爾效應感測器會隨磁場中的變化而改變輸出電壓(圖3)。無需使用任何移動部件，這種感測器可提供對應于磁場變化的數(shù)位開/關(guān)輸出訊號?；魻栃幌拗朴糜诰哂械椭绷麟妷汉碗娏鞯膽?。不同于磁簧開關(guān)，霍爾效應器件含有源電路，因此始終需要少量的電流。

優(yōu)點

數(shù)位霍爾效應傳感器具有高可靠性，并可針對精確的檢測要求對其進行程式設計從而能夠在給定的磁場耐受下啟動。

應用范圍

這種感測器在高速感測應用中非常受歡迎，如洗衣機。在這種應用中，一個旋轉(zhuǎn)的16極環(huán)形磁鐵在每次通過紅色(北極)段時啟動霍爾效應晶片，并在每次通過白色(南極)段時停用，從而產(chǎn)生非常精確的速度訊號。數(shù)位霍爾效應感測器尤其適用于汽車安全應用，比如安全帶扣夾緊檢測和變速箱齒輪速度傳感。

類比/公制比例感測器提供更高穩(wěn)定和準確性

類比傳感應用使最終用戶能夠獲得關(guān)于磁體位置的即時回饋。類比霍爾效應傳感器具有高精度、高解析度的比例輸出訊號。

以前，類比霍爾效應感測器被用于測量磁體的磁通密度，并且受到應用的溫度值的極大影響。由于類比霍爾效應技術(shù)近年來的發(fā)展，霍爾效應晶片現(xiàn)在能夠測量磁通場的角度，而不再是傳統(tǒng)的幅度，使得它對溫度的變化具有更低的敏感性。這種進步使得這種感測器能夠在大的溫度范圍內(nèi)提供更為穩(wěn)定的類比輸出。

在客制類比傳感應用中可考慮選擇使用兩種類型的霍爾效應感測器：

旋轉(zhuǎn)霍爾效應感測器

基于半導體的旋轉(zhuǎn)霍爾效應感測器會隨磁場中的變化而改變輸出電壓。這種感測器提供兩種輸出選擇：類比或脈沖寬度調(diào)制(PWM)。這種器件是可程式設計的，以致于工程師能夠?qū)⑻囟ㄝ敵鲭妷夯騊WM與精確的旋轉(zhuǎn)角度關(guān)聯(lián)起來。多達360度旋轉(zhuǎn)角度的多程式設計點可用。每個程式設計點代表對應于磁場給定角度的電壓值或PWM輸出值。這會產(chǎn)生相對于旋轉(zhuǎn)角度的一個比例輸出訊號。

優(yōu)點

不同于機械旋轉(zhuǎn)或電阻膜旋轉(zhuǎn)器件，旋轉(zhuǎn)霍爾效應感測器不會產(chǎn)生機械磨損或遇到變化的電阻值。此外，該器件在高達+105℃的正常工作溫度上非常穩(wěn)定。

0.5V∼4.5V直流電壓輸出或PWM10∼90%工作周期條件下，0-360度旋轉(zhuǎn)角度會產(chǎn)生精確的單位。

應用范圍

旋轉(zhuǎn)霍爾效應感測器正逐漸成為替換電阻膜或電位機械器件的廣泛選擇。它們被用于汽車和非公路應用中，如檢測引擎上EGR閥的位置。這種感測器也可用于檢測電器和白色家電應用中的調(diào)節(jié)器位置。

線性霍爾效應感測器

線性霍爾效應感測器與旋轉(zhuǎn)霍爾效應感測器相似，只是它們測量的是磁場的線性運動，而不是旋轉(zhuǎn)。針對與給定行駛距離成比例的輸出電壓設定值，這種霍爾效應感測器是可程式設計的。輸出選擇與旋轉(zhuǎn)霍爾效應感測器的相同。這種感測器以單片霍爾效應晶片可在長達30毫米的行駛距離上對磁致動器的線性運動和相對磁通角進行測量。這會產(chǎn)生相對于感測器精確運動的一個比例輸出訊號。

優(yōu)點

這種感測器和致動器可以置于應用的最終安裝區(qū)域內(nèi)，在對輸出電壓或PWM值進行程式設計以對應致動磁體的相對磁場值之前，這現(xiàn)在可以將來自附件周圍的所有磁影響納入進來。工程師因而能夠優(yōu)化應用的輸出，因為任何分流、機械公差或磁場的層疊公差將被包括在程式設計環(huán)境中。

應用范圍

線性霍爾效應感測器通常作為水準感測器用于監(jiān)測洗碗機等電器中的流體液位。

在這種應用中，感測器監(jiān)測移動浮子的位置，移動浮子附著一個磁體。當浮子的位置隨著相對液位升高或降低時，位于固定感測器內(nèi)的模擬霍爾效應感測器會檢測移動浮子內(nèi)殘留磁通角的變化。磁通角隨著磁體/浮子向上或向下運動而變化，轉(zhuǎn)換為相對電壓的輸出訊號。這個輸出訊號是關(guān)于在任何時候即時液位的一個比例值。線性感測器在更為復雜的設計中(如汽車變速箱換擋)也是有益的選擇。

利用知識和創(chuàng)新設計客制傳感器

下面的例子顯示的是在戶外環(huán)境中安裝位置感測器的獨特要求和挑戰(zhàn)?？紤]到感測器暴露于大的溫度范圍，雨、雪和陽光照射條件之下，塑膠材料的設計要求可能會非常復雜。此外，磁簧傳感器解決方案必須能夠在10年或15年保修期內(nèi)持續(xù)可靠運行。

問題

起初，客戶想要的是一種可以被安裝于任何類型氣候的室外環(huán)境中的常閉式標準干簧管感測器。在客戶與設計工程團隊之間進行深入溝通之后，最終確定標準的干簧管感測器將無法應對惡劣的戶外條件。

要求

客戶需要一種能夠滿足以下要求的客制的磁簧傳感器解決方案：

．裝置必須包括一個常閉觸點干簧開關(guān)，密封防滴水，滿足IP65防護等級。

．線束將暴露于陽光下，必須針對戶外紫外線(UV)光進行設計。

．盡管溫度范圍在-40℃到+105℃之間似乎是有利的，但其在熱回圈條件下應包括濕度回圈和水滴測試的特殊設置。

．客戶對應用的完整溫度范圍內(nèi)的啟動距離公差要求非常嚴格。

解決方案

在額外的討論和樣品評估之后，工程團隊開發(fā)了一個強大的客制設計，納入了以下要素：

第一，該團隊使用了抗紫外線電纜，將兩個干簧管感測器連接至一個Y接頭。這個接頭與線束和一個與客戶控制箱相連的關(guān)聯(lián)連接器連在一起。

第二，為了滿足IP65防護等級，每個干簧管感測器有一個密封介面與電纜相連，通過特別的灌封材料、超模壓Y接頭和超模壓連接器連接至控制箱的線束。此外，該團隊還對線束和密封盒進行了特殊的清洗過程，以使連接器和灌封材料在傳感測器內(nèi)包覆成型能夠滿足有挑戰(zhàn)性的IP65等級要求，并能夠在熱回圈試驗中通過水滴測試。

第三，感測器和致動器的啟動距離公差和特殊對齊要求該團隊在感測器和致動器上使用客制的注塑成型的密封盒。

在眾多技術(shù)方案中選擇舌簧開關(guān)有以下幾個原因：

它是一種常閉式開關(guān)。其他傳感技術(shù)，如霍爾效應或磁阻(MR)，始終需要消耗電流，即使是在非啟動模式下?？蛻粼谄涮魬?zhàn)性的環(huán)境中需要一種無需機械操作的簡單的開關(guān)。

干簧管開關(guān)因為具有密封的觸點而不受灰塵和濕氣的影響。此外，它們因在惡劣的氣候條件下(如汽車安全應用中)良好的表現(xiàn)而知名。

客制感測器滿足獨特設計需求

在設計一個采用非接觸式感測器(如干簧管開關(guān)或霍爾效應感測器)的系統(tǒng)時，設計工程師在設計過程開始之前了解盡可能多的有關(guān)整個系統(tǒng)的知識是非常有必要的。有時，獨特的設計要求只有通過客制的傳感解決方案來滿足。

數(shù)位應用通過采用客制的霍爾效應感測器或干簧管開關(guān)能夠滿足最高的可靠性標準要求，而利用旋轉(zhuǎn)和線形霍爾效應感測器能夠極好地實現(xiàn)在客制的模擬應用中的穩(wěn)定性和準確性。在需要客制感測器設計的應用中，發(fā)揮創(chuàng)造力將有助于我們將現(xiàn)有的磁傳感技術(shù)與設計高度可靠的感測器的協(xié)助工具結(jié)合起來。

更多資訊請關(guān)注傳感器頻道