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.
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