Hallo zusammen, ich arbeite gerade an meiner Masterarbeit im Bereich Magnetfeldsensorik und stehe vor einer kleinen Herausforderung: Ich möchte den Messpunkt einer Hall-Sonde möglichst genau bestimmen, idealerweise im µm-Bereich. Mir ist im Kopf noch, dass es etwas mit einem rotierenden Magnetring oder mehreren Polen zu tun hat, aber ich erinnere mich nicht genau an die Details oder ob das überhaupt praktikabel ist. Gibt es vielleicht Verfahren, bei denen man durch Rotationen oder bestimmte Feldanalysen den Sensorpunkt so präzise lokalisieren kann? Ich freue mich über Hinweise auf Literatur, Ideen oder ähnliche Methoden, die ihr kennt – es muss nichts super ausgeklügelt sein, Hauptsache, es hilft mir, einen Ansatz für meine Arbeit zu finden. Danke schon mal!
Ein Hallsensor hat keinen Messpunkt. Er reagiert auf Feldlinien die durch ihn hindurch gehen, zumindest sein sensitives Areal. Das ist stark temperaturabhängig, weswegen normalerweise für die Magnetfeldstärke noch eine Temperaturkompensation nötig ist. Nur wenn man Magnetfeld um 0 messen will, kann man auf die verzichten. Schaltende Hallsensoren haben eine Hysterese. Schon von daher wird Mikrometer bei hin-Bewegung anders sein als Mikrometer bei weg-Bewegung. Und natürlich wegen allem möglichen anderen, wie Temperatur, Hysterese durch Metalle wie Nickel auf der Platine und seiner Hysteresekurve, Magnetfeldbeeinflussung durch para und diamagnetische Umgebung.
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Michael B. schrieb: > Ein Hallsensor hat keinen Messpunkt. > > Er reagiert auf Feldlinien die durch ihn hindurch gehen, zumindest sein > sensitives Areal. > > Das ist stark temperaturabhängig, weswegen normalerweise für die > Magnetfeldstärke noch eine Temperaturkompensation nötig ist. > > Nur wenn man Magnetfeld um 0 messen will, kann man auf die verzichten. > > Schaltende Hallsensoren haben eine Hysterese. Schon von daher wird > Mikrometer bei hin-Bewegung anders sein als Mikrometer bei weg-Bewegung. > Und natürlich wegen allem möglichen anderen, wie Temperatur, Hysterese > durch Metalle wie Nickel auf der Platine und seiner Hysteresekurve, > Magnetfeldbeeinflussung durch para und diamagnetische Umgebung. Ich wollte nur kurz anmerken: Ein Hall-Sensor hat sehr wohl einen Messpunkt, auch wenn das real kein mathematischer Punkt ist, weil das aktive Areal ja eine Ausdehnung hat. Man kann ihn aber als virtuellen Punkt betrachten, an dem das Ausgangssignal des Sensors maximal reagiert – z. B. wenn er über ein Magnetfeld eines stromdurchflossenen Leiters bewegt wird. Offset und temperaturabhängige Drifts sorgen dafür, dass der Sensor auch ohne Magnetfeld ein Signal liefert. Ich frage mich deshalb, wie der Ansatz zu verstehen ist, dass man bei Magnetfeldern nahe 0 auf Temperatur- und Offsetkompensation verzichten kann. Aktuell nutze ich einen stromdurchflossenen Leiter, die Kompensation erfolgt im Rechner, indem ich den Wert bei abgeschaltetem Strom als 0 speichere. Das Erdmagnetfeld habe ich bei meiner 1D-Messung erst einmal so berücksichtigt, dass die Apparatur parallel zum „Kalibrierfeld“ ausgerichtet ist, sodass es nicht stört – was aber auch eine korrekte Ausrichtung der Hallzelle erfordert. Hier geht es im nächsten Schritt aber speziell um winkelmessende Sensoren (3D), weshalb das mit dem Erdmagnetfeld noch anders gelöst werden muss. Dabei ist es besonders wichtig zu wissen, an welcher Position im Sensor welcher Winkel gemessen wird. Schaltende Hall-Sensoren und Hysterese sind für meine Masterarbeit derzeit nicht relevant, da ich mich auf analoge Sensoren zur exakten Positionsbestimmung im Magnetfeld konzentriere und im zweiten Schritt auf exakte Magnetwinkelmessung.
Chantalle schrieb: > da ich mich auf analoge Sensoren zur exakten > Hall-Sonde möglichst genau bestimmen, idealerweise im µm-Bereich Dass es um analoge Sensoren geht, hätte schon im Betreff stehen müssen. Normalerweise würde ich eine Mikrometermessschraube mißbrauchen um z.B. die Hysterese zu testen. https://de.wikipedia.org/wiki/Messschraube
Eine feine spitze Nadel aus hochmagnetischen seltenen Erden wäre für eines der möglichen Meßverfahren notwendig.
Chantalle schrieb: > Ich wollte nur kurz anmerken: Ein Hall-Sensor hat sehr wohl einen > Messpunkt, auch wenn das real kein mathematischer Punkt ist, weil das > aktive Areal ja eine Ausdehnung hat. Man kann ihn aber als virtuellen > Punkt betrachten, an dem das Ausgangssignal des Sensors maximal reagiert > – z. B. wenn er über ein Magnetfeld eines stromdurchflossenen Leiters > bewegt wird Nein. Nur wenn du homogene Magnetfelder postulierst. Und die gibt es real nicht. Es ist grob ein Integral über die Fläche, und die auch noch abhängig von der Vektorrichtung der jeweiligen Magnetfeldlinien. Es gibt viele verschiedene Magnetfelder die zu demselben Messergebnis führen. Und die Magnetfelder werden eben durch die Umgegend und deren para und diamagnetische Eigenschaften beeinflusst. Selbst mit festgenageltem Sensor und Magneten kannst du durch Änderung des Umfelds das gemessene Signal beeinflussen.
Michael B. schrieb: > Selbst mit festgenageltem Sensor und Magneten kannst du durch Änderung > des Umfelds das gemessene Signal beeinflussen. Das hatte ich vor vielen Jahren an einer Kompassnadel beobachtet. Sie bewegte ich bei jeder Straßenbahn, die anfuhr und vorbeikam. Ohne geeignete Abschirmung kann der Messfehler sehr verschieden sein?
https://www.youtube.com/watch?v=MgQbPdiuUTw Der Kollege ist einen Schritt weiter als du, er positioniert schon im µm Bereich ;)
Michael B. schrieb: > Chantalle schrieb: >> Ich wollte nur kurz anmerken: Ein Hall-Sensor hat sehr wohl einen >> Messpunkt, auch wenn das real kein mathematischer Punkt ist, weil das >> aktive Areal ja eine Ausdehnung hat. Man kann ihn aber als virtuellen >> Punkt betrachten, an dem das Ausgangssignal des Sensors maximal reagiert >> – z. B. wenn er über ein Magnetfeld eines stromdurchflossenen Leiters >> bewegt wird > > Nein. > > Nur wenn du homogene Magnetfelder postulierst. > > Und die gibt es real nicht. > > Es ist grob ein Integral über die Fläche, und die auch noch abhängig von > der Vektorrichtung der jeweiligen Magnetfeldlinien. Es gibt viele > verschiedene Magnetfelder die zu demselben Messergebnis führen. Und die > Magnetfelder werden eben durch die Umgegend und deren para und > diamagnetische Eigenschaften beeinflusst. > > Selbst mit festgenageltem Sensor und Magneten kannst du durch Änderung > des Umfelds das gemessene Signal beeinflussen. Klar, physikalisch ist es ein Flächenintegral über das aktive Areal. In der Praxis definiert man aber trotzdem einen effektiven magnetischen Mittelpunkt, weil bei ausreichend glatten Feldverläufen die Integration gut durch einen Punkt angenähert werden kann. Genau dieser Punkt ist ja für Positions- oder Winkelmessungen relevant, weil man wissen muss, an welcher geometrischen Stelle der Sensor das Feld repräsentiert.
Dieter D. schrieb: > Eine feine spitze Nadel aus hochmagnetischen seltenen Erden wäre für > eines der möglichen Meßverfahren notwendig. Hier liegt das Problem vor allem in der Genauigkeit der Nadel selbst, die sich ohne zusätzliche Messtechnik kaum überprüfen lässt. Das magnetische Gefüge in der Nadel führt dazu, dass die Feldlinien nicht zwingend so austreten, wie man es rein geometrisch erwarten würde – insbesondere bei einer Geometrie, die für eine sehr feine Spitze erforderlich wäre. Die Messtechnik dafür gibt es aber nicht, das ist ja der Punkt an dem ich arbeite. Eine mögliche Idee wäre, die Nadel während der Messung rotieren zu lassen, um gewisse Asymmetrien zu mitteln. Ein weiteres Problem ist jedoch, dass die erzielbaren Flussdichten bei einer so dünnen Nadel sehr gering sind. In der Fehlerrechnung führt das dazu, dass die kleinen Feldstärken eine entsprechend hohe Messunsicherheit verursachen. Ein solches Verfahren wurde auch vom Fraunhofer-Institut in Erlangen untersucht. Die erreichbare Genauigkeit liegt dort allerdings typischerweise nicht deutlich besser als etwa 100 µm.
Paul B. schrieb: > https://www.youtube.com/watch?v=MgQbPdiuUTw > > Der Kollege ist einen Schritt weiter als du, er positioniert schon im µm > Bereich ;) Magnetische Encoderstreifen sind nichts Neues. Davon gibt es viele Varianten, auch als „Meterware“, z. B. gummigebunden mit magnetischen Partikeln auf einem Metallträger. Solche Bänder werden entweder aufgeklebt oder als noch nicht vulkanisierte Mischung auf den Träger aufgebracht und anschließend gemeinsam vulkanisiert. In dem Video wird im Grunde der mechanische Tisch kalibriert, und die Sensoren messen dann relativ die Bewegung. Damit lassen sich durchaus µm-Genauigkeiten erreichen – allerdings eben für relative Positionsänderungen. Danke für den Link, das ist auf jeden Fall interessant. Der Kollege zeigt im Grunde, dass sich Messverfahren, die früher nur mit aufwendigen industriellen Maschinen hergestellt werden konnten, heute mit etwas Geschick und einem 3-D-Drucker realisieren lassen. Faszinierend ist das auf jeden Fall – aber es ist eine andere Aufgabenstellung als die, über die wir hier gerade sprechen.
Lu schrieb: > Chantalle schrieb: >> da ich mich auf analoge Sensoren zur exakten >> Hall-Sonde möglichst genau bestimmen, idealerweise im µm-Bereich > > Dass es um analoge Sensoren geht, hätte schon im Betreff stehen > müssen. > Normalerweise würde ich eine Mikrometermessschraube mißbrauchen um z.B. > die Hysterese zu testen. https://de.wikipedia.org/wiki/Messschraube Die Einschränkung hätte man erwähnen können. Ändert aber nicht die Aufgabenstellung. Ich verstehe deinen Ansatz mit der Mikrometerschraube glaube ich. Du hättest den Schaltpunkt Sensorgehäuse zu Magnetposition ermittelt. Das ist auch für viele Anwendungen ausreichend. Aber der Magnetfehler lässt keine Aussage zu, zu der Position des Hallelements. Und der Fehler des Hallelements lässt keine Aussage zu über den Magnetfehler. Wenn man den einen Fehler bekannt machen kann, kann man auch den anderen Fehler bestimmen. Ich benötige den Positionsfehler des Hallelementes
Michael B. schrieb: > Schaltende Hallsensoren haben eine Hysterese. Das ist aber keine Hysterese des eigentlichen Sensorelements, wie sie z.B. durch hysteresebehaftetes Metall in der Nähe entsteht, sondern ein Schmitt-Trigger in der Signalaufbereitung. Signalverarbeitung und Sensoreigenschaften muss man sauber trennen. Chantalle schrieb: > Gibt es vielleicht Verfahren, bei denen man durch Rotationen oder > bestimmte Feldanalysen den Sensorpunkt so präzise lokalisieren kann? Neben dem Sensor mit seinen auf Grund der Temperatur variierenden Schwellen entscheidet die Feldgeometrie über die Stabilität der geometrischen Lage des Schaltpunktes. Je steiler der Gradient des Feldes, um so einfacher hat man es mit dem Sensor. Und dann ist dem eigentlich zu detektierenden Feld auch noch das Erdmagnetfeld und Umgebungsfelder überlagert, d.h. dessen Größe (relativ zum detektieren den Feld) und Stabilität im Koordinatensystem der Messeinrichtung muss man auch bedenken. Bei aufwändiger Auswertung (Umgebungsfeldkompensation, Temperaturkompensation, Filterung) spielt die Änderungsgeschwindigkeit des Signals bezogen auf die Verzögerung durch die Auswertung auch eine Rolle. Die Genauigkeit, mit der man die relative Position eines Hall-Sensors bestimmen kann, hängt von viel mehr als von der eigentlichen Hall-Sonde ab. Die genaue Lage des Sensorpunktes bekommt man, indem man Symmetrien ausnutzt, d.h. z.B. den Sensor einmal in 0°-Orientierung und einmal in 180°-Orientierung durch den Feldgradienten schiebt.
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Warum soll das Feld eigentlich von einem Dauer-Magneten erzeugt werden? Eine winzige Spule könnte auch ein regelbares Feld erzeugen? Je kleiner der Strom ist, desto genauer sollt der Sensor ausgerichtet werden.
Chantalle schrieb: > Aber der Magnetfehler lässt > keine Aussage zu, zu der Position des Hallelements. Und der Fehler des > Hallelements lässt keine Aussage zu über den Magnetfehler. > > Wenn man den einen Fehler bekannt machen kann, kann man auch den anderen > Fehler bestimmen. > > Ich benötige den Positionsfehler des Hallelementes Magnetfelder lassen sich leider nicht so leicht auf eine kleine Fläche begrenzen. Kannst Du Dir daher vielleicht eigentliche unerwünschte Reaktionen Deines Hall-Sensors auf andere physikalische Effekte zunutze machen? Also z.B. Du nimmst einen Laser + Galvo. Dessen Strahl kann man ja sehr gut auf einen ausreichend kleinen Punkt fokussieren und ihn auch in Dein Koordinatensystem einmessen. Den Laser jetzt das Koordinatensystem in x und y langsam abtasten lassen und dabei den Hallsensor messen und die Magnetfelder sonst unverändert lassen. Dort wo der Laser den Hallsensor trifft wird er erwärmt und das wird vermutlich dass Messergebnis verändern.
Platziere Deinen Sensor auf einem "Tisch" auf dem Du die Position des Sensors in X- und Y-Richtung verändern kannst. Das magnetische Feld verläuft in Z-Richtung. Der Tisch muss (um Z) in Rotation versetzt werden können, das magnetische Feld muss tangential bis zur Rotationsachse gefahren werden können. Dann muss während der Rotation das Ausgangssignal des Sensors synchron zum Rotationswinkel ausgewertet werden. Dabei das Magnetfeld immer weiter in die Mitte bringen (Maximum Amplitude einstellen) sowie X- und Y-Position stetig korrigieren (Minimum Amplitude einstellen) - immer im Wechsel. Der Mittelpunkt befindet sich genau auf der Rotationsachse, wenn sich trotz Rotation keine drehzahlabhängigen Frequenzen mehr im Ausgangssignal des Hall-Sensors befinden, während das Magnetfeld rein und raus gefahren wird. Klar soweit? ;-) (Sonst muss ich eine Skizze machen) Abgesehen vom mechanischen Aufwand, muss außerdem das Signal des Sensors und der beiden Aktuatoren (X und Y) drahtlos übertragen werden. Alternativ findet die Auswertung auf der rotierenden Seite statt. Gruß Jobst
Jobst M. schrieb: > Platziere Deinen Sensor auf einem "Tisch" auf dem Du die Position des > Sensors in X- und Y-Richtung verändern kannst. Das magnetische Feld > verläuft in Z-Richtung. Der Tisch muss (um Z) in Rotation versetzt > werden können, das magnetische Feld muss tangential bis zur > Rotationsachse gefahren werden können. > > Dann muss während der Rotation das Ausgangssignal des Sensors synchron > zum Rotationswinkel ausgewertet werden. Dabei das Magnetfeld immer > weiter in die Mitte bringen (Maximum Amplitude einstellen) sowie X- und > Y-Position stetig korrigieren (Minimum Amplitude einstellen) - immer im > Wechsel. > > Der Mittelpunkt befindet sich genau auf der Rotationsachse, wenn sich > trotz Rotation keine drehzahlabhängigen Frequenzen mehr im > Ausgangssignal des Hall-Sensors befinden, während das Magnetfeld rein > und raus gefahren wird. > > Klar soweit? ;-) > (Sonst muss ich eine Skizze machen) > > Abgesehen vom mechanischen Aufwand, muss außerdem das Signal des Sensors > und der beiden Aktuatoren (X und Y) drahtlos übertragen werden. > Alternativ findet die Auswertung auf der rotierenden Seite statt. > > Gruß > Jobst Danke, in dem Fall befindet sich der Sensor genau im Mittelpunkt/Maximum des Magnetfeldes. Dann muss ich aber auch den Magneten drehen, weil der Magnet ja auch eine Toleranz hat und das Magnetfeldmaximum ja nicht gepmetrisch in der Mitte Magneten ist. Aber der Ansatz ist gut. Aber ähnlichen Ansätzen hatte ich bisher immer in den Simlationsergebnissen als Nachteil den geringen Gradienten des Magnfeldes gesehen. Das heißt die Empfindlichkeit gegen geringen Abweichungen aus der Mitte ist sehr gering. Aber simlieren und rechnen werde ich den Ansatz in den nächsten tagen mal.
Chantalle schrieb: > Jobst M. schrieb: >> Platziere Deinen Sensor auf einem "Tisch" auf dem Du die Position des >> Sensors in X- und Y-Richtung verändern kannst. Das magnetische Feld >> verläuft in Z-Richtung. Der Tisch muss (um Z) in Rotation versetzt >> werden können, das magnetische Feld muss tangential bis zur >> Rotationsachse gefahren werden können. >> >> Dann muss während der Rotation das Ausgangssignal des Sensors synchron >> zum Rotationswinkel ausgewertet werden. Dabei das Magnetfeld immer >> weiter in die Mitte bringen (Maximum Amplitude einstellen) sowie X- und >> Y-Position stetig korrigieren (Minimum Amplitude einstellen) - immer im >> Wechsel. >> >> Der Mittelpunkt befindet sich genau auf der Rotationsachse, wenn sich >> trotz Rotation keine drehzahlabhängigen Frequenzen mehr im >> Ausgangssignal des Hall-Sensors befinden, während das Magnetfeld rein >> und raus gefahren wird. >> >> Klar soweit? ;-) >> (Sonst muss ich eine Skizze machen) >> >> Abgesehen vom mechanischen Aufwand, muss außerdem das Signal des Sensors >> und der beiden Aktuatoren (X und Y) drahtlos übertragen werden. >> Alternativ findet die Auswertung auf der rotierenden Seite statt. >> >> Gruß >> Jobst > > Danke, > > in dem Fall befindet sich der Sensor genau im Mittelpunkt/Maximum des > Magnetfeldes. > Dann muss ich aber auch den Magneten drehen, weil der Magnet ja auch > eine Toleranz hat und das Magnetfeldmaximum ja nicht gepmetrisch in der > Mitte Magneten ist. > Aber der Ansatz ist gut. > Aber ähnlichen Ansätzen hatte ich bisher immer in den > Simlationsergebnissen als Nachteil den geringen Gradienten des > Magnfeldes gesehen. Das heißt die Empfindlichkeit gegen geringen > Abweichungen aus der Mitte ist sehr gering. > > Aber simlieren und rechnen werde ich den Ansatz in den nächsten tagen > mal. ich habe das jetzt mal auf skizziert, im zweiten Absatz schreibst du, dass das Magnetfeld in die Mitte gebracht werden muss. Das hatte ich zuerst so interpretiert den Magnet zu bewegen. Aber im ersten Ansatz steht ja, das der Sensor auf einen X Y Tisch montiert sein soll. Also bewege ich den Sensor, richtig? Wenn sich das Sensor Signal nicht mehr ändert über eine Drehung, dann ist das sensitive Element genau über der Rotationsachse. Wenn das sensitive Element genau in der Achse liegt Magnet, ist das Magnetfeld dann egal und damit vorher dann eigentlich auch. Kern der Aussage ist damit, ich muss dass Hallelement solange in seiner Positionen verändern bis es kein Rotationswinkel abhängige Signaländerung gibt. Das klingt vielversprechend. Wird aber auch eine Herausforderung sein, den passenden X-Y Tisch auf eine präzise Drehachse zu platzieren. Was ist mit Winkelfehler der Hallzelle, die liegt ja auch nicht parallel zum Gehäuse und wie wirken sich Winkelfehler bei der Montage des X-Y Tisch auf der Drehachse aus. wenn ich jetzt auch noch den Magneten in X-Y bewegen kann, wäre es vielleicht eine Idee, Xs Ys zu ändern bis ich minimale Signalauslenkung habe, dann Xm Ym um Signalauslenkung nocht weiter zu minimieren und das iterative solange wiederhole bis das Signal konstant null ist. Ich werde das mal untersuchen
Lu schrieb: > Warum soll das Feld eigentlich von einem Dauer-Magneten erzeugt werden? > Eine winzige Spule könnte auch ein regelbares Feld erzeugen? Je kleiner > der Strom ist, desto genauer sollt der Sensor ausgerichtet werden. Die Idee mit der Spule wird tatsächlich auch genutzt. Deine Schlussfolgerung, je kleiner der Strom je genauer die Ausrichtung ist aber nicht richtig, im Gegenteil, mit größerem Strom hat man größere Gradienten der Vorteil ist aber, das man Offset in der Hallzelle jederzeit während der Ausrichtung kompensieren kann wenn man den Strom ausschaltet oder umpolt.
Das Magnetfeld um einen einzelnen Leiter nimmt mit 1/r ab. AC Strom durch den Leiter , AC Amplituden schmalbandig (Sinusfit) auswerten , dann sind AC Störfelder bei anderen Frequenzen egal (Wenn der Sensor linear ist, sonst mehr Mathe, DC ist f= 0 ;) ) Bekannter Vektorpfad durch das Feld. Die vielen Messpunkte in ein LGS , fitten .. Im Vorfeld schon mal betrachten, welche Größen mit welcher Unsicherheit bestimmt werden müssen, um die gewünschte Ungenauigkeit zu erreichen. EDIT: Vielleicht noch eine ausreichend große Helmholzspule dazu, um bei einer weiteren Frequenz ein bekanntes homogenes Feld zu überlagern. Der einzelne Leiter sollte dabei aber nicht ins Schwingen kommen, 1µ ist nicht viel ... also ggf alternierend Anregen ;)
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Weiterer Ansatz: Eine große Spule mit zwei Windungen, der Hallsensor wird zwischen die beiden Windungen plaziert, Messrichtung in die Spulenmitte. Wenn der Sensor genau zwischen den beiden Windungen ist, heben sich die Felder auf. Wieder AC Anregung und die Nullstelle über Lock-In im Rauschen suchen. Wenn man viele Hallsensoren hat, kann man auch eine bekannte Position zwischen den beiden Leitern wählen, und den Strom in einem Leiter ändern um im Sensor-Null zu finden. Aus dem Stromverhältnis ist ergibt sich dann die tatsächliche Nulllinie. (Ist dann natürlich nicht mehr eine Spule , sondern zwei mit je einer Windung)
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Henrik V. schrieb: > Weiterer Ansatz: Vergiss das alles. Er will auf Mikrometer genau messen. Er weiss nicht mal, wie gross und in welcher Höhe die magnetempfindliche Fläche ist. Dein Magnetfeld bildet nicht eine auf besser als 1um definierte Zone in der sich die Magnetfelder aufheben, sei froh wenn es 1mm wäre. Und rotieren klappt nicht ohne vorab das Zentrum auf besser als 1um zu kennen. Hin- und herschieben funktioniert nicht wenn das Magnetfeld nicht linear sondern exponentiell nachlässt. All diese Ansätze sind nicht im mindesten geeignet für solche Präzision. Schon wenn der Chip um 1um gekippt ist wird alles falsch. Das sind halt die 'einfachen' Aufgaben die man so bekommt, wenn der Lehrherr will dass man hinterher gelernt hat, was WIRKLICH dazu gehört, um so genaue Messungen zu machen. Quasi alles was er im Studium hätte lernen sollen im Schnelldurchgang (oder eben scheitern).
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Michael B. schrieb: > Das sind halt die 'einfachen' Aufgaben die man so bekommt, "Hol mal im Lager eine Packung Amper fürs Messgerät."
Nehmen wir mal einen Spulendraht von Mit D= 2 mm (Kupfer) D im µ Bereich gleich (nicht einfach aber machbar, muss ja nur im Umfeld des Sensors so genau sein , welchen Einfluß das hat kann man auch schön ausrechnen) Spulendurchmesser 1,5 m oder mehr, soll ja noch auf den Labortisch passen ;) Abstand zwischen den Leitern (um den Sensor) mit Zerodur Endmaß 8mm Empfindlichkeit normaler Hallelemente(HE) 1,5 mV/mT Spitzenstrom im Leiter 10 A (AC) Dann liefert das HE um den Mittel/ Nullpunkt ~250 nV/µm Signal, nix was einen guten Lock-In Verstärker jetzt schrecken würde. Das ist jetzt ohne Flächeneinfluß gerechnet. Also welche Winkelfehler der Sensorfläche welchen Einfluss haben. Chantalle soll ja auch noch was zu tun haben ;) Interessant wird auch der Einfluß der Position der Sensorleitungen, die bilden auch eine Schleife im AC Magnetfeld :)
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Die Tonköpfe von Cassettenlaufwerken haben einen Luftspalt, den man eigentlich nicht sehen kann, so dünn ist der. Mehr weiss ich gar nicht.
Dann schon eher Perpendicular Recording Festplattenköpfe nehmen, die Spurdichten sind da schon sub µm ... und die erzeugen am (sehr kleinen) Kopf so 1,5T (in wenigen nm Abstand) Wenn der mitten auf der Hallsensorfläche (100µm² ??) bei 500-1000 µm Abstand (Gehäuse) steht bleibt da nicht mehr viel. aber ggf kann man die Randgeometrien rekonstuieren ;) und die Feldverteilung ist auch nicht unbedingt bekannt... Die FP Hersteller haben da sicher schöne Feldverteilungen berechnet, und haben wohl auch ziemlich genaue Modelle, werden die aber nicht rausrücken ...
Henrik V. schrieb: > Dann schon eher Perpendicular Recording Festplattenköpfe nehmen, die > Spurdichten sind da schon sub µm ... und die erzeugen am (sehr kleinen) > Kopf so 1,5T (in wenigen nm Abstand) Wenn der mitten auf der > Hallsensorfläche (100µm² ??) bei 500-1000 µm Abstand (Gehäuse) steht > bleibt da nicht mehr viel. aber ggf kann man die Randgeometrien > rekonstuieren ;) > und die Feldverteilung ist auch nicht unbedingt bekannt... > Die FP Hersteller haben da sicher schöne Feldverteilungen berechnet, und > haben wohl auch ziemlich genaue Modelle, werden die aber nicht > rausrücken ... Der Abstand zwischen dem Schreib-/Lesekopf und der Magnetscheibe einer modernen Festplatte ist extrem gering und liegt typischerweise im Bereich von 3 bis 100 Nanometern (nm). Die Wandstärke beim TO92s ist so mit 500 um anzunehmen Bei einem Faktor 5000 bis 166.000 ist das wahrscheinlich nicht geeignet :-) Aber Danke trotzdem Noch als Nachtrag. Ich will den Punkt zerstörungsfrei bestimmen, also ohne das Gehäuse abzuschleifen.
Ich würde einen Magneten nicht zentrisch auf eine drehbare Platte montieren. Die Drehachse sollte auf den µm [Mikrometer] genau zu bestimmen sein. Dann den Sensor so verschieben, dass er, egal wie die Platte gedreht ist, den gleichen Wert anzeigt. Die Drehachse geht dann durch die Mitte des Sensors.
Ich favorisiere die Zweidrahtlösung, zwischen den Leitern einer großen Spule mit zwei Windungen hat man ein (fast) lineares und symmetrisches Magnetfeld mit einer schönen Null(fläche) genau in der Mitte. Da drin den Sensor verschieben und die Null suchen. Durch den Trick mit der AC Messung und schmalbandiger Auswertung sind die Störungen bei anderen Frequnzen zu vernachlässigen. Wenn man noch einem Verstärker für den Sensor spendiert, plus Verstärker (V in -> I out) müsste ein Software Lock-In mit Soundkarte (synchrones Erzeugen und Messen) schon reichen um die Null mit u~1µm zu finden ... da ist die Mechanik für die Reproduzierbarkeit anspruchsvoller. Bei den billig HALLs im TO-Gehäuse sind wahrscheinlich schon die Anschlußbeine magnetisch (halt mal einen Magneten dran) .. da wird es dann schwer mit 1µm.
Chantalle schrieb: > Dann muss ich aber auch den Magneten drehen, weil der Magnet ja auch > eine Toleranz hat und das Magnetfeldmaximum ja nicht gepmetrisch in der > Mitte Magneten ist. Es ist egal, an welcher Position genau und welche Form Dein Magnetfeld hat. Bei einer Drehmaschine bekommst Du auch immer eine Kreisform, egal wie Dein Werkzeug aussieht. Und in der Mitte der Kreisform ist die Drehachse. Chantalle schrieb: > ich habe das jetzt mal auf skizziert, im zweiten Absatz schreibst du, > dass das Magnetfeld in die Mitte gebracht werden muss. Das hatte ich > zuerst so interpretiert den Magnet zu bewegen. Korrekt. > Aber im ersten Ansatz steht ja, das der Sensor auf einen X Y Tisch > montiert sein soll. Also bewege ich den Sensor, richtig? Du bewegst den Sensor auf der sich rotierenden Platte/Tisch und den Magneten linear mit einer Achse welche durch die Rotationsachse geht. Alles bewegt sich. :-) > Wenn sich das > Sensor Signal nicht mehr ändert über eine Drehung, dann ist das > sensitive Element genau über der Rotationsachse. Im schlimmsten Fall. Interessant für die Positionierung ist aber der Randbereich des Sensors. Die Mitte einer Fläche kannst Du nur durch die Außenseiten bestimmen. > Wenn das sensitive Element genau in der Achse liegt Magnet, ist das > Magnetfeld dann egal und damit vorher dann eigentlich auch. ??? > Kern der Aussage ist damit, ich muss dass Hallelement solange in seiner > Positionen verändern bis es kein Rotationswinkel abhängige > Signaländerung gibt. Ja. > Das klingt vielversprechend. Wird aber auch eine Herausforderung sein, > den passenden X-Y Tisch auf eine präzise Drehachse zu platzieren. Ja! > Was ist mit Winkelfehler der Hallzelle, die liegt ja auch nicht parallel > zum Gehäuse und wie wirken sich Winkelfehler bei der Montage des X-Y > Tisch auf der Drehachse aus. Danach hast Du bisher nicht gefragt. Dann musst Du eben zuvor sicherstellen, dass sich diese parallel zur Oberfläche befindet, indem Du ebenfalls in Rotation mit einem Magnetfeld welches parallel zur Oberfläche verläuft eine möglichst geringe Amplitude einstellst. > wenn ich jetzt auch noch den Magneten in X-Y bewegen kann, wäre es > vielleicht eine Idee, Xs Ys zu ändern bis ich minimale Signalauslenkung > habe, dann Xm Ym um Signalauslenkung nocht weiter zu minimieren und das > iterative solange wiederhole bis das Signal konstant null ist. Ich denke, dass Du dadurch keinen Vorteil erhältst. Durch die Rotation ist es ja egal, aus welcher Richtung sich das Magnetfeld nähert. Die Bahn des Magnetfeldes muss auch nicht zwingend exakt durch die Mitte der Rotationsachse führen. Es muss dort lediglich vom Hallsensor aufgenommen werden können. Es ist auch gar keine lineare Führung des Magnetfeldes notwendig. Mit einem schwenkenden Arm wie bei einem Plattenspieler würde auch schon ausreichen. > Ich werde das mal untersuchen Ich denke um es besser zu verstehen, ist tatsächlich ein alter Plattenspieler hilfreich: Lege irgendwo auf den Plattenteller eine Münze. Starte den Plattenspieler. Schaue von oben(!) auf den Plattenteller. Hebe den Tonarm und führe ihn immer näher an die Kreisbahn der Münze heran. Wenn die Münze -auch nur Teilweise- an irgendeiner Stelle unter irgendeinem Teil des Tonkopfs verschwindet, hast Du ein Signal. Das bekommst Du nun jede Umdrehung. Verändere die Position der Münze so, dass sie im Moment in dem Du das Signal bekommst in die Richtung bewegt wird, die parallel zur Richtung Tonkopf->Plattenmitte führt. Nun fährst Du mit dem Tonkopf wieder weiter rein, bis die Münze wieder drunter entlang kommt. Dann wieder Münze - Tonarm - Münze. Irgendwann kommt die Münze in der Mitte zum Liegen (Die störende Mittelachse denken wir uns mal weg). Du kannst den Tonarm nun weiter in die Mitte bewegen, bekommst aber kein drehzahlabhängiges Signal mehr, da die Münze ruhig rotierend in der Mitte liegt. Dabei ist es egal, wo genau der Tonkopf steht. Und es ist auch egal, welche Form der Tonkopf hat, da nur die Rotation entscheidend ist. Sollte es tatsächlich eine quadratisch empfindliche Sensorfläche sein, so bekommst Du ein Signal mit 4-facher Frequenz - welches Du aber gerne wegfiltern darfst. Wichtig ist die Grundfrequenz. Dein einziger Nachteil ist nun, dass DEIN Arm ja oben UND unten verlaufen muss um das Magnetfeld hier zu bündeln. Daher kann der rotierende Teil keine Mittelachse besitzen. Du könnest ein großes Kugellager verwenden, bei dem in der inneren Öffnung dein Sensor mit seinen Aktuatoren platziert wird. (magnetisch ist doof - reicht Piezo?) Die Antriebe könnten aber auch außerhalb des Kugellagers mit rotieren. Den Arm im Idealfall auch von unten direkt bis an den Hallsensor. (Also Loch unter dem Sensor in der Platine.) Carypt C. schrieb: > Tonköpfe Henrik V. schrieb: > Festplattenköpfe Erzeugen ein Magnetfeld in die falsche Richtung. Der Hallsensor muss dann in den Spalt. Gruß Jobst
Jobst M. schrieb: >> Was ist mit Winkelfehler der Hallzelle, die liegt ja auch nicht parallel >> zum Gehäuse und wie wirken sich Winkelfehler bei der Montage des X-Y >> Tisch auf der Drehachse aus. > > Danach hast Du bisher nicht gefragt. Hatte ich als bei der Aufgabenstellung den Mittelpunkt zu bestimmen als slebstverständlich angenommen. Es geht nicht um eine Theoretische Betrachtung sondern um reale pracktische Durchführung.
Jobst M. schrieb: >> wenn ich jetzt auch noch den Magneten in X-Y bewegen kann, wäre es >> vielleicht eine Idee, Xs Ys zu ändern bis ich minimale Signalauslenkung >> habe, dann Xm Ym um Signalauslenkung nocht weiter zu minimieren und das >> iterative solange wiederhole bis das Signal konstant null ist. > > Ich denke, dass Du dadurch keinen Vorteil erhältst. Durch die Rotation > ist es ja egal, aus welcher Richtung sich das Magnetfeld nähert. Die > Bahn des Magnetfeldes muss auch nicht zwingend exakt durch die Mitte der > Rotationsachse führen. Es muss dort lediglich vom Hallsensor aufgenommen > werden können. Ichh denke den Vorteil erhalte ich, wenn ich von einer realen Hallzelle ausgehe, die aufgrund der Schiefstellung wenn sich der Winkel ändert aufgrund der Rotation, damit auch der wirksame Teil sich ändert, das Signal variiert. Wenn das Feld in der Mitte in einer Linie mit der Roationsachse ist, dürft das zu keiner Signal änderung führen. Bzgl. der Idee mit dem Plattenspieler, ich denke es ist genauer und leichter auszuwerten wenn man das Simuliert, aber danke.
Chantalle schrieb: > Ichh denke den Vorteil erhalte ich, wenn ich von einer realen Hallzelle > ausgehe, die aufgrund der Schiefstellung wenn sich der Winkel ändert > aufgrund der Rotation, damit auch der wirksame Teil sich ändert, das > Signal variiert. Den Satz muss man jetzt nicht verstehen, oder? In einem homogenen Magnetfeld erzeugt nur die nicht parallel zur Rotationsachse verlaufende Komponente des Magnetfeldes bei Rotation eine Signaländerung, am empfindlichsten wird die Messung mit einem Magnetfeld senkrecht zur Achse.
Rainer W. schrieb: > Chantalle schrieb: >> Ichh denke den Vorteil erhalte ich, wenn ich von einer realen Hallzelle >> ausgehe, die aufgrund der Schiefstellung wenn sich der Winkel ändert >> aufgrund der Rotation, damit auch der wirksame Teil sich ändert, das >> Signal variiert. > > Den Satz muss man jetzt nicht verstehen, oder? > In einem homogenen Magnetfeld erzeugt nur die nicht parallel zur > Rotationsachse verlaufende Komponente des Magnetfeldes bei Rotation eine > Signaländerung, am empfindlichsten wird die Messung mit einem Magnetfeld > senkrecht zur Achse. Der Vorteil ist bei realen Hallzellen vorhanden. Reale Hallzellen haben Toleranzen, damit auch eine Schiefstellung der Hallplatte. Wenn die Hallplatte schief steht und die Feldlinie nicht in einer Linie mit der Rotationsachse ist, dann ändert sich der Winkel zur Fläche der Hallzelle. Damit ändert sich der wirksame Teil der ein Signal bewirkt bei der Rotation. Insofern sehe ich gerade schon einen Vorteil wenn ich sowohl Hallzelle wie auch Magnet ausrichten kann.
>Chantalle schrieb : >Ich benötige den Positionsfehler des Hallelementes Den Positionsfehler misst man am beste mit einem extreme nichthmogenen Magnetfeld, beim Nulldurchgang. Ein extrem inhomogenes Magnetfeld erzeugt man mit einer Anordnung mit Eisen. Allenfalls waeren ein paa Zahlen interessant gewesen. Was bedeutet Positionsfehler ? wieviele Mikrometer ?
Hallo, beim besten Willen, ich kann mir nicht vorstellen, dass man mit einem Hallsensor, egal welcher, ein Magnetfeld so präzise messen, dass man im µm Bereich positionieren kann. Die Wiederholgenauigkeit dürfte nicht gegeben sein. Wenn die Wiederholgenauigkeit nicht passt, dann passt nichts. Schauen wir uns woanders um. Halbleiterproduktion, Messsystem, Inspektionssystem. Hier erfolgt alles rein mit Optik und entsprechender Software. In der Software wird das Geheimnis stecken. Da wird eine ungefähre Position hinterlegt, den Rest findet das System selbstständig an Hand von Strukturen auf dem Wafer und findet damit seinen Referenzpunkt selbstständig. Im Grunde basiert alles auf optischer Erkennung. Egal ob Wafer nach Notch ausrichten oder sonstwas. Anderes Bsp. Festplatten. Hier werden Spuren gelesen damit der Kopf weiß wo er ist. Das sind auch schon Spurbreiten fast jenseits der Vorstellungskraft.
Naja, Bei Festplatten erreicht man die Aufloesung durch den sehr kleinen Kopfabstad zur Platte und die schmale Spurbreite. Bedeutet auch extrem nichthomogenes Feld, im Mikrometer Bereich. Aus der Naehkiste .. extrem hohe Ortsaufloesungen erreicht man mit einer Kombination von Magnetischen Sensoren und Optik. Aktuell.. Ein Stickstoffatom auf einer Diamantflaeche. Das Eine Stickstoffatom kann als Magnetfeldsensor dienen, bei Mikrowellenfrequenzen, um die 28GHz pro Tesla. Dessen Eigenschaften veraendern sich unter Licht. Dh mit einem Laser kann man den Ort definieren, auf Wellenlaengen Viertel runter. Wenn man nun kontrolliert wie viele Stickstoffatome pro flaeche, geht's noch weiter runter, auf Atomgroesse quasi. Aber das ist hot-shit
Chantalle schrieb: > Jobst M. schrieb: >>> Was ist mit Winkelfehler der Hallzelle, die liegt ja auch nicht parallel >>> zum Gehäuse und wie wirken sich Winkelfehler bei der Montage des X-Y >>> Tisch auf der Drehachse aus. >> >> Danach hast Du bisher nicht gefragt. > > Hatte ich als bei der Aufgabenstellung den Mittelpunkt zu bestimmen als > slebstverständlich angenommen. Es geht nicht um eine Theoretische > Betrachtung sondern um reale pracktische Durchführung. Ich hatte es als selbstverständlich angenommen, dass Du dieses Problem schon selbst gelöst hast. Abgesehen davon, habe ich auch direkt nach dem Satz die Lösung dazu präsentiert. Chantalle schrieb: > Wenn das Feld in der Mitte in einer Linie mit der Roationsachse ist, > dürft das zu keiner Signal änderung führen. Edit: Ich habe ja auch schon geschrieben, dass der Rand des Sensors interessant ist. Nicht der Mittelpunkt. Gruß Jobst
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Veit D. schrieb: > In der Software wird das Geheimnis stecken. ja richtig, aber die Softwaer implementiert den Algorithmus den man sich ausdenken muss, daran arbeite ich gerade. Das heißt Geoemtrien untersuche die magnetfelder erzeugen und Messalgorithmen dazu untersuchen. Aber ich fange gerade an und beschäftige mich mit den Grundlagen. Ich hatte es glaube ich schon erwähnr, das es später auch um 3 D Messzellen geht. Das ist die Zielanwendung, den "Messpunkt" einer 3D Messzelle an einen Punkt zu platzieren den man geoemtrisch kennt, weil die Position des "Messpunktes" bekannt ist und dort den Magnetwinkel zu messen. Dazu eine Fehlerrechnung wie der Gradient des Feldes Einfluss auf die Genauigkeit hat um im idealfall den Gradienten zu messen und den Fehler berücksichtigen zu können. Ich kann heute noch nicht sagen wei weit das amöglich ist, das ist Teil der Aufgabe. Und dann ist entscheidend, das es verschiedene 3D Messverfahren gibt, wie unterschieden die sich bei der kalibrierung, wie sind die Einflssfaktoren. Aber was im ersten Anlauf untesucht wird, haben die "Zellen" für X X und Z unterschiedliche "Zentren" und ja, mir ist bewusst, das da nicht 3 hallzellen rechtwinlig zueinder stehen, da gibt es die unterschiedlichsten Techniken. Aber genau die Unterschiede zu ermitteln, den EInfluss auf die Genauigkeit, das ist einer der Punkte.
Technik von vor zehn Jahren: For an active area of the sensor of 200 ×
200 nm, the room temperature magnetic flux resolution is phi_min = 2 ×
10^{-5} phi_0 in the thermal noise frequency range, i.e. above 100 kHz.
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