霍爾效應感測器打造更好的操縱桿

作者 : Jordan McDowell,Electronic Products特約作者

霍爾效應感測器為工業和商業級操縱桿提供多種優勢,例如抗衝擊和抗振動。

在操作工業機械時,精度和準確度對於高效和安全的工作環境至關重要。通常,操縱桿用於幫助操縱各種產業的重型設備,包括建築和農業。它們在機器的易用性和整體性能方面發揮著不可估量的作用。透過最大限度地提高操縱桿的可靠性,企業可以減少停機時間並從長遠來看更節省資金。

有兩種主要類型的工業級操縱桿。電位器操縱桿是一項成熟的技術,它透過電子電路的類比輸出進行操作。霍爾效應操縱桿使用感測器透過小磁場檢測定位。霍爾效應操縱桿無摩擦,不會因與感測器接觸而產生磨損。

霍爾效應最初是一種工業級技術,但它正開始在電子遊戲控制器等商業級應用中得到普及。本文將解釋霍爾效應可以用來製造更好的操縱桿的技術和應用。

霍爾效應感測器技術如何起作用?

霍爾效應以發現它的物理學家命名,其原理是當電流垂直於外磁場通過半導體時,載流子發生偏轉,垂直於電流和磁場的方向會產生一附加電場,從而在半導體的兩端產生電勢差。霍爾效應感測器是固態元件,它們利用磁體來檢測磁場的方向和強度,將編碼資訊轉換為電訊號,並使它們能夠由電子電路進行處理。

磁場有兩個主要組成部份:磁通量密度和極性。霍爾效應感測器產生一個輸出訊號,該訊號是周圍磁場密度的函數。當密度超過預設閾值時,設備會產生「霍爾電壓」,這是一種與磁場強度成正比的輸出電壓。這種感測器具有檢測速度、接近和定位等應用。

霍爾效應與電位器操縱桿

與霍爾效應操縱桿的磁體不同,電位器操縱桿包含可以改變電子電路電阻大小的移動元件。

霍爾效應操縱桿不需要與感測器接觸。這意味著隨著時間的推移,它們不容易發生機械磨損。

雖然電位器操縱桿是精密工作的絕佳選擇,但霍爾效應非常適合產生顯著振動和衝擊的用途。

與電位器不同,霍爾效應感測器的一個潛在缺點是它在電壓可用性方面不夠靈活。這會限制它可以安裝使用的應用類型。

導致操縱桿漂移的條件。霍爾效應感測器更能抵抗振動和衝擊,但對溫度變化的抵抗力較弱。

預算、使用壽命和操作環境是為應用選擇合適技術主要考慮的因素。霍爾效應操縱桿可能更適用於礦用卡車和挖掘機等設備,這些設備在使用過程中受到劇烈振動和衝擊時仍能保持精確定位。但電位器操縱桿可能更適合雨淋日曬或預計在極端溫度環境中運行的操縱桿。

霍爾效應操縱桿的商業應用

操縱桿最突出的商業用途通常是遊戲。雖然控制器傳統上包括電位器(類比)操縱桿,但霍爾效應操縱桿透過消除「搖桿漂移」徹底改變了主機遊戲。

搖桿漂移意味著操縱桿控制器隨著時間的推移變得不那麼精確。這些控制器甚至可以在沒有輸入的情況下檢測到輸入,從而導致遊戲中的目標或角色「漂移」出其預期位置。這是電位器操縱桿中相當常見的缺陷,尤其是在受到振動、強烈衝擊甚至僅僅使用數小時後。

霍爾效應操縱桿可以改進商業級控制器,就像它們有益於工業級控制器一樣。無摩擦感測器意味著它們即使在使用數小時後也不會磨損,並且它們不太可能在振動或衝擊後發生漂移。

所有主要的主機平台(包括 Xbox、任天堂、PC 和 PlayStation)都有可用或正在開發的選擇。

霍爾效應操縱桿是否比電位器操縱桿好?

答案通常是肯定的。除非我們要求定期將霍爾效應操縱桿暴露在極端溫度下,否則它可能會在更長的使用壽命內精確運行。但是,它們的成本可能更高,並且可能不適用於某些設備或應用。

編譯:Ricardo Xie

(參考原文:How Hall-effect sensors can make better joysticks,by Jordan McDowell)

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