Hall magnetic 센서란

Hall Magnetic 센서란:
Hall Magnetic 센서는 자석의 근접 또는 자기장의 강도를 감지하여 전기 신호로 변환하는 센서입니다.
주로 자기장 측정, 위치 감지, 속도 측정, 컴퍼스 (나침반) 응용 등 다양한 분야에서 사용됩니다.

 

작동원리

• 전류의 주입: Hall 센서의 한 쪽 끝에 전류(I)를 주입합니다. 이 전류는 센서 내부의 전도체나 반도체를 통해 흐릅니다.
• 자기장의 적용: 센서가 외부 자기장(B) 내에 위치하면, 전류는 자기장의 영향을 받습니다. 이 자기장은 전류의 방향과 수직으로 작용합니다.
• Hall 전압의 발생: 전류가 자기장을 통과하면서, 전자는 Lorentz 힘의 영향을 받아 센서의 한쪽으로 이동하게 됩니다. 이로 인해 센서의 한쪽은 양의 전하로, 다른 한쪽은 음의 전하로 분리되며, 이 사이에 전위차(또는 Hall 전압)가 발생합니다.
• 전압의 측정: 발생한 Hall 전압은 자기장의 강도에 비례하여 증가합니다. 이 전압을 측정함으로써 자기장의 강도를 알 수 있습니다. 센서의 출력 전압은 자기장의 방향과 강도에 따라 변화하므로, 이를 통해 자기장의 특성을 정확하게 파악할 수 있습니다.
• 신호 처리: 아날로그 형태의 Hall 센서는 측정된 전압을 그대로 출력하고, 디지털 형태의 센서는 이 전압을 디지털 신호로 변환하여, 자기장의 유무나 방향 등의 정보를 제공합니다.

 

특징

• 비접촉식 감지: Hall 센서는 자기장을 직접적으로 접촉하지 않고도 감지할 수 있습니다. 이는 센서가 마모되거나 손상될 위험이 적고, 오염되거나 극한 환경에 노출되어 있는 대상을 측정하는 데 이상적입니다.
• 고신뢰성: 물리적 접촉이 필요 없기 때문에, Hall 센서는 먼지, 기름, 습기 등 환경적 요인의 영향을 적게 받으며, 장기간에 걸쳐 안정적인 성능을 유지할 수 있습니다.
• 다양한 출력 형식: Hall 센서는 아날로그 또는 디지털 출력을 제공할 수 있습니다. 아날로그 센서는 자기장의 강도에 따라 연속적인 전압 변화를 출력하고, 디지털 센서는 주어진 임계값을 기반으로 자기장의 유무를 이진 신호로 제공합니다.
• 방향 감지 능력: 일부 Hall 센서는 자기장의 방향을 감지할 수 있으며, 이는 회전 각도, 위치 감지 등의 응용에서 유용합니다.
• 광범위한 온도 범위: 대부분의 Hall 센서는 광범위한 작동 온도 범위를 가지고 있어, 극한의 온도 조건에서도 사용할 수 있습니다.
• 소형화 가능: Hall 센서는 매우 작은 크기로 제작될 수 있어, 공간이 제한적인 응용 분야에서의 사용이 가능합니다.
• 경제적: Hall 센서는 대량 생산이 가능하며, 비교적 저렴합니다. 이로 인해 다양한 상업적, 산업적 응용 분야에서 비용 효율적인 선택이 될 수 있습니다.
• 간단한 구조와 설치 용이성: 설치가 간단하고 유지보수가 쉽습니다. 복잡한 캘리브레이션이나 조정 없이도 빠르게 설치하고 사용할 수 있습니다.
• 다양한 응용 분야: 자동차(ABS 시스템, 전기 모터 제어), 소비자 전자제품(스마트폰, 태블릿의 나침반 센서), 산업 자동화(모터 위치 및 속도 감지), 전력 관리(전류 감지) 등 다양한 분야에서 활용됩니다.
  
  

연결법:
1. 기본 연결 요소

• 전원 공급(Vcc): 센서에 전원을 공급합니다. 센서마다 요구하는 전원 전압이 다를 수 있으므로, 데이터 시트를 확인하여 적절한 전압을 공급해야 합니다.
• 그라운드(GND): 시스템의 공통 그라운드에 연결합니다. 이는 전원 공급 회로와 신호 경로의 참조점으로 사용됩니다.
• 출력(Output): 센서의 출력 신호를 읽어들이는 데 사용됩니다. 디지털 센서의 경우, 이 핀은 일반적으로 디지털 입력 핀에 연결되며, 아날로그 센서의 경우 아날로그 입력 핀에 연결됩니다.

2. 아날로그 Hall 센서 연결
아날로그 Hall 센서는 자기장의 강도에 비례하는 전압을 출력합니다. 이를 사용하기 위해 다음과 같이 연결합니다:

• Vcc 핀을 +5V 또는 센서 사양에 맞는 전원에 연결합니다.
• GND 핀을 시스템의 그라운드에 연결합니다.
• 출력 핀을 마이크로컨트롤러(MCU)의 아날로그 입력 핀에 연결합니다. 이를 통해 센서가 감지하는 자기장의 강도에 따른 전압 변화를 읽을 수 있습니다.

3. 디지털 Hall 센서 연결
디지털 Hall 센서는 자기장의 유무에 따라 높거나 낮은 디지털 신호를 출력합니다. 연결 방법은 다음과 같습니다:

• Vcc 핀을 +5V 또는 센서 사양에 맞는 전원에 연결합니다.
• GND 핀을 시스템의 그라운드에 연결합니다.
• 출력 핀을 마이크로컨트롤러의 디지털 입력 핀에 연결합니다. 자기장이 감지될 때 센서는 높은(1) 또는 낮은(0) 신호를 출력하여 자기장의 존재를 나타냅니다.

4. 추가 고려 사항

•  풀업 저항: 디지털 출력을 사용할 때는 출력 핀과 Vcc 사이에 풀업 저항을 추가할 수 있습니다. 이는 출력 신호의 안정성을 높이고, 노이즈에 대한 감도를 줄이는 데 도움이 됩니다.
•  전자기 간섭(EMI) 보호: 센서와 마이크로컨트롤러 사이의 연결선이 길 경우, 전자기 간섭으로부터 보호하기 위해 필터링 기법을 고려할 수 있습니다.
•   데이터 시트 확인: 센서의 정확한 전기적 사양, 작동 전압, 출력 특성 등을 알기 위해서는 항상 데이터 시트를 확인해야 합   니다.
  
  
  
  

종류:

1. 리니어(아날로그) Hall 센서:

• 이 센서들은 자기장의 강도에 따라 연속적인 전압 출력을 제공합니다. 자기장의 세기가 변함에 따라 출력 전압도 비례하여 변화합니다.
• 위치 감지, 거리 측정, 전류 감지와 같이 정밀한 자기장 강도 측정이 필요한 응용 분야에 적합합니다.

2. 디지털(스위칭) Hall 센서:

• 자기장의 존재를 감지할 때 고정된 출력(보통 ON/OFF 신호)을 제공합니다. 특정 자기장 강도에 도달하면 출력이 바뀌는 방식입니다.
• 위치나 속도 감지와 같이 단순한 자기장 존재 여부를 판단해야 하는 응용 분야에 사용됩니다.

3. Latch Hall 센서:

• 이 센서들은 자기장의 극성 변경을 감지하여 출력 상태를 변경합니다. 특정 극성의 자기장이 감지되면 출력이 변경되며, 다른 극성의 자기장이 감지될 때까지 그 상태를 유지합니다.
• 전자기식 릴레이, 브러시리스 DC 모터의 회전 위치 감지 등에 사용됩니다.

3. 다축 Hall 센서:

• 여러 방향의 자기장을 동시에 감지할 수 있는 센서입니다. 일반적으로 2축 또는 3축 센서가 있으며, 자기장의 방향과 강도를 모두 감지할 수 있습니다.
• 3D 위치 감지, 자세 제어, 모션 감지 등 복잡한 응용 분야에 적합합니다.

4. 선형 위치 Hall 센서:

• 이 센서들은 자기장의 변화를 감지하여 물체의 선형 위치를 측정합니다. 보통 마그네틱 스트립 또는 마그네틱 코드와 함께 사용됩니다.
• 산업 자동화, 로봇공학에서의 정밀 위치 결정에 사용됩니다.

5. 각도 및 회전 위치 센서:

• 자기장을 이용해 회전체의 각도나 위치를 정밀하게 측정합니다. 로터리 엔코더의 대안으로 사용될 수 있습니다.
• 스티어링 휠 각도 측정, 모터 샤프트 위치 감지 등에 활용됩니다.

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