حساس مغناطيسي 3 محاور

أنواع مستشعرات المجال المغناطيسي ثلاثية المحاور

يمكن تمثيل كل حركة في الفضاء ثلاثي الأبعاد بثلاث حركات محورية، تُعرف أيضًا باسم زوايا أويلر، والتي تشمل الدوران (Yaw)، والميل (Pitch)، والتدحرج (Roll). تم تصميم مستشعر المجال المغناطيسي ثلاثي المحاور لاكتشاف جميع الحركات المحورية الثلاث. فيما يلي بعض أنواع مستشعرات المجال المغناطيسي ثلاثية المحاور الأساسية:

• مستشعر المجال المغناطيسي الرقمي

  عادةً ما يتكون مستشعر المجال المغناطيسي الرقمي ثلاثي المحاور من واجهة أمامية تناظرية، ووحدة تكييف الإشارة، وواجهة رقمية. يُترجم مباشرةً المجال المغناطيسي المتجه ثلاثي الأبعاد إلى بيانات رقمية. عادةً ما تتميز هذه الأنواع من المستشعرات بعملية تركيب بسيطة وسهولة الاستخدام.

• مستشعر المجال المغناطيسي التناظري

  يُصدر مستشعر المجال المغناطيسي التناظري ثلاثي المحاور إشارات جهد مستمرة تتناسب مع شدة المجال المغناطيسي في الفضاء ثلاثي الأبعاد. تُقدم هذه المستشعرات حساسية أكبر ونطاق استجابة أوسع، ولكنها عادةً ما تتطلب وحدات معالجة إضافية لتحويل الإشارة وتكييفها.

• مستشعرات المجال المغناطيسي عالية الدقة

  يمكن لمستشعر المجال المغناطيسي ثلاثي المحاور عالي الدقة أن يوفر دقة ودقة محسنتين، مما يسمح له باكتشاف التغيرات الطفيفة في المجال المغناطيسي. تُستخدم هذه المستشعرات في مجالات تتطلب قياسات دقيقة، مثل البحث العلمي، واستكشاف الجيولوجيا، ونظم الملاحة بالقصور الذاتي.

• مستشعرات المجال المغناطيسي المقاومة لدرجة الحرارة

  يمكن لمستشعر المجال المغناطيسي ثلاثي المحاور المقاوم لدرجة الحرارة العمل في نطاق واسع من درجات الحرارة، وبالتالي الحفاظ على الاستقرار والموثوقية في البيئات ذات درجات الحرارة العالية. تُعد هذه المستشعرات مناسبة للاستخدام في صناعة السيارات، والفضاء، وغيرها من المجالات حيث قد تُعرض لدرجات حرارة مرتفعة.

• مستشعرات المجال المغناطيسي الصغيرة

  يتميز مستشعر المجال المغناطيسي ثلاثي المحاور المصغر بحجمه الصغير واستهلاك الطاقة المنخفض. تُستخدم هذه المستشعرات بشكل شائع في الأجهزة المحمولة، والأجهزة القابلة للارتداء، وإنترنت الأشياء (IoT).

مواصفات وصيانة مستشعرات المجال المغناطيسي ثلاثية المحاور

المواصفات

• جهد التزويد: يختلف جهد التزويد اعتمادًا على نوع المستشعر. بالنسبة لبعض المستشعرات، قد يكون تضمين كل من المخرجات الرقمية والتناظرية ممكنًا. سيتراوح نطاق الجهد من 7 إلى 36 فولت DC، وستكون النماذج القديمة أعلى.
• المخرجات: سيكون هناك مخرجان للمستشعرات: الرقمي والتناظري. في حالة المخرجات التناظرية، ستوفر جهد مخرجات متغيرًا من 0.5 إلى 4.5، والذي سيتغير وفقًا لميل المستشعر. ستوفر المخرجات الرقمية مخرجات موضع دقيقة.
• الاتصال: سيشتمل هذا على بروتوكول CAN أو بروتوكول الدفع. يمكن تغيير معلمات المستشعر من خلال هذا الاتصال.
• قوة المجال المغناطيسي: يُعد المستشعر حساسًا للمجال المغناطيسي للأرض، والذي يكون في مستوى 25 إلى 60 ميكرو تسلا. بالنسبة للتطبيقات الصناعية الأخرى، سيكون هناك مجال مغناطيسي قوي يتراوح من 40 ملي تسلا إلى 400 ملي تسلا.
• نطاق درجة الحرارة: سيعمل المستشعر في نطاق درجة حرارة يتراوح من -40 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية.
• دقة المستشعر: ستكون دقة مستشعر المجال المغناطيسي ثلاثي المحاور حوالي 0.01 درجة. في بعض الحالات، يمكن أن تصل الدقة إلى 0.001 درجة.
• معدل بيانات المخرجات: يتوافق معدل بيانات المخرجات مع تردد بيانات المخرجات الرقمية. بالنسبة لبعض المستشعرات، يكون معدل بيانات المخرجات 10 هرتز، بينما قد يكون في مستشعرات أخرى 1 كيلو هرتز.

الصيانة

• التعويض: من الضروري معايرة مستشعرات المجال المغناطيسي ثلاثية المحاور بشكل دوري لضمان دقة واستقرار مخرجاتها. وفقًا لتعليمات الشركة المصنعة للمستشعر، قم بتطبيق أدوات ومعدات المعايرة المقابلة لإعادة ضبط مخرجات المستشعر.
• الحماية البيئية: يجب حماية المستشعرات من الظروف البيئية القاسية. على سبيل المثال، تجنب تعريضها للماء، والغبار، والمواد الكيميائية، ودرجة الحرارة العالية، والرطوبة العالية. إذا لزم الأمر، استخدم عبوات واقية أو طبقات لحماية المستشعرات.
• التنظيف المنتظم: لمنع تأثر أداء المستشعر بالتلوث السطحي، قم بتنظيف سطح المستشعر بشكل دوري. استخدم قطعة قماش ناعمة وكمية صغيرة من المنظف المحايد لتنظيف الأوساخ بلطف.
• تجنب المجالات المغناطيسية القوية: تُعد مستشعرات المجال المغناطيسي ثلاثية المحاور حساسة للمجالات المغناطيسية. لذلك، يجب إبقائها بعيدة عن المجالات المغناطيسية القوية لتجنب تلف المستشعر وعدم استقرار المخرجات.
• امتصاص الصدمات والاهتزازات: يجب حماية الأنظمة التي تستخدم مستشعرات المجال المغناطيسي ثلاثية المحاور من الصدمات والاهتزازات القوية. استخدم مواد امتصاص الصدمات أو هياكل التركيب لتقليل التأثيرات، وبالتالي إطالة عمر خدمة المستشعر.
• التحقق المنتظم من الوظيفة: تُعد مستشعرات المجال المغناطيسي ثلاثية المحاور جزءًا مهمًا من العديد من الأنظمة. لذلك، يجب التحقق من وظائف المستشعر بشكل منتظم للتأكد من عملها بشكل صحيح. يجب التعامل مع أي شذوذ يتم اكتشافه على الفور.

تطبيقات مستشعر المجال المغناطيسي ثلاثي المحاور

تُعد مستشعرات المجال المغناطيسي ثلاثية المحاور ذات تطبيقات متنوعة، خاصةً في مجال الإلكترونيات الاستهلاكية. فيما يلي بعض أمثلة استخدام مستشعر المجال المغناطيسي ثلاثي المحاور.

• الهواتف الذكية / الأجهزة اللوحية: تُستخدم مستشعرات المجال المغناطيسي ثلاثية المحاور بشكل أساسي في الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية لاكتشاف اتجاه الجهاز. تُمكن هذه المستشعرات من دوران الشاشة التلقائي، وتطبيقات الملاحة التي تستخدم ميزات البوصلة، وألعاب الواقع المعزز (AR)، والأوامر القائمة على الحركة.
• الأجهزة القابلة للارتداء: في الأجهزة القابلة للارتداء مثل الساعات الذكية وأجهزة تعقب اللياقة البدنية، يساعد مستشعر المجال المغناطيسي ثلاثي المحاور على تتبع الحركة والاتجاه. تُمكن هذه الميزة الجهاز من مراقبة أنشطة المستخدم بدقة، مثل الجري، والمشي، وركوب الدراجات، إلخ. بالإضافة إلى ذلك، يحسن المستشعر تجربة اللعب في أجهزة الألعاب من خلال اكتشاف حركة اللاعب وإيماءاته.
• السيارات: تُستخدم مستشعرات المجال المغناطيسي ثلاثية المحاور في المركبات لاكتشاف زاوية التوجيه والموضع. يُعد هذا التطبيق ضروريًا لتثبيت أنظمة التحكم وتوجيه الطاقة الإلكتروني (EPS).
• الروبوتات: تستخدم الروبوتات مستشعر المجال المغناطيسي ثلاثي المحاور للعثور على موضعها في العالم. يُعد هذا أمرًا مهمًا للغاية للملاحة. يوفر المستشعر معلومات الاتجاه، مما يُمكن الروبوتات من معرفة اتجاه رأسها فيما يتعلق بالمجال المغناطيسي للأرض. يساعد هذا الروبوتات على التحرك وتحديد المواقع بدقة.
• الأتمتة الصناعية: في هذا المجال، يُستخدم مستشعر المجال المغناطيسي ثلاثي المحاور للتحكم في المحرك وملاحظات الموضع. يوفر التحكم الدقيق في الحركة في عمليات التصنيع الآلي. بالإضافة إلى ذلك، يتتبع المستشعر موضع المضخة في التحكم في السوائل. يساعد على تحقيق تنظيم وتدفق دقيق في الأنظمة الصناعية.
• الأجهزة الطبية: يمكن أن تُخدم مستشعرات المجال المغناطيسي ذات المحاور الثلاثة أغراضًا متعددة في الأجهزة الطبية. على سبيل المثال، يمكن استخدامها في تتبع الحركة والتحكم في الأطراف الصناعية. يُستخدم مستشعر الحركة أيضًا في معدات إعادة التأهيل. تستخدم هذه الأجهزة مستشعر المجال المغناطيسي ثلاثي المحاور لتتبع حركة المريض أثناء تمارين إعادة التأهيل. تُعد بيانات المستشعر ضرورية لمراقبة التقدم وتعديل العلاج حسب الحاجة.
• الترفيه والألعاب: يمكن استخدام مستشعر المجال المغناطيسي ثلاثي المحاور لتحسين تقنية التقاط الحركة. يتضمن التقاط الحركة ترجمة حركات الأجسام أو الأشخاص في العالم الحقيقي إلى أفاتار أو نماذج رقمية. يمكن أيضًا استخدام هذا المستشعر في سماعات رأس الواقع الافتراضي وأجهزة التحكم. يكتشف المستشعر حركة واتجاه رأس المستخدم ويده. تُمكن هذه المعلومات جهاز الألعاب من تقديم تجربة واقع افتراضي غامرة.

كيفية اختيار مستشعر المجال المغناطيسي ثلاثي المحاور

يعتمد اختيار مستشعر المجال المغناطيسي ثلاثي المحاور على احتياجات التطبيق للمشترين. ومع ذلك، يمكن لمعايير عامة معينة المساعدة في اتخاذ اختيار مناسب.

• تطبيق الهدف

  يجب أن يكون تطبيق الهدف أول شيء يجب مراعاته عند اختيار شراء مستشعر المجال المغناطيسي ثلاثي المحاور. ستحتاج الأجهزة والصناعات المختلفة إلى قوة ومواصفات مختلفة للمستشعر. سيكون المستشعر المطلوب لبوصلة هاتف ذكي مختلفًا عن ذلك المطلوب لتطبيق صناعة السيارات أو الروبوتات.

• التكوين

  يجب أن يتناسب تكوين المستشعر، سواء كان أحاديًا أو متعددًا أو مكدسًا، مع الاستخدام المقصود. في حين أن المستشعرات أحادية الشريحة قد تبسط الأنظمة، فإن الترتيبات متعددة الشرائح قد تُحسّن الأداء في تطبيقات معينة. على سبيل المثال، في مجال الروبوتات أو الواقع المعزز، قد يتم وضع المستشعرات لتعزيز الدقة، مما يستلزم اتخاذ قرار بين تكوينات متعددة الشرائح ووحدات المستشعرات المكدسة.

• نوع المخرجات

  يجب أن يتناسب نوع مخرجات المستشعر، سواء كان تناظريًا أو رقميًا، مع احتياجات معالجة النظام والتكامل. على سبيل المثال، في تطبيق السيارات مثل التحكم في الثبات الإلكتروني، قد يُفضل مستشعر مخرجات رقمي لتكامله المباشر في أنظمة التحكم الرقمية للسيارة. في المقابل، قد يتم اختيار مستشعر مخرجات تناظري أكثر تقليدية لجهاز منزلي، مثل مكيف الهواء، حيث تُفضل التقنيات المجربة والمختبرة.

• نطاق المجال المغناطيسي

  قبل شراء مستشعر المجال المغناطيسي ثلاثي المحاور، من الضروري معرفة نطاق المجالات المغناطيسية التي يمكن للمستشعر اكتشافها. لهذا تأثير على الصناعات والاستخدامات التي يُعد مناسبًا لها. بالنسبة للتطبيقات في المفاعلات النووية أو استكشاف الفضاء، تُعد المستشعرات التي يمكنها اكتشاف ميكرو تسلا (μT) وحتى المجالات المغناطيسية الأضعف ضرورية لأنها تعمل في بيئات لا يوجد فيها سوى مجالات مغناطيسية ضعيفة. في المقابل، قد تتطلب مراقبة الصناعة مستشعرات قادرة على اكتشاف قوى المجال المغناطيسي الأعلى، مثل العديد من تسلا (T)، نظرًا لقربها من مصادر مغناطيسية قوية مثل المغناطيسات الكهرومغناطيسية الصناعية أو معدات الفصل المغناطيسي.

• بروتوكول الاتصال

  عند اختيار مستشعر مجال مغناطيسي ثلاثي الأبعاد، يُعد بروتوكول الاتصال أمرًا بالغ الأهمية، حيث يؤثر على كيفية تفاعل المستشعر مع مكونات النظام الأخرى. في تطبيق مدينة ذكية، على سبيل المثال، قد يحتاج المستشعر إلى التحدث مع منصات السحابة والعناصر المتعددة لبنية المدينة التحتية، وبالتالي يتطلب بروتوكولات مثل I2C أو SPI للاتصال المباشر مع وحدات التحكم الدقيقة. قد يحتاج أيضًا إلى استخدام إطارات اتصال محددة لتطبيقات المدن لتسهيل الاتصال بين الأجهزة ومشاركة البيانات.

أسئلة شائعة حول مستشعر المجال المغناطيسي ثلاثي المحاور

س1: ما هو مستشعر المجال المغناطيسي المستخدم في الهواتف المحمولة؟

ج1: تستخدم معظم الهواتف المحمولة مستشعر تأثير هول. يساعد على اكتشاف إغلاق شاشة الهاتف للمستخدم عند إجراء المكالمات. أيضًا، يُستخدم في بوصلة الهاتف الذكي لاكتشاف المجال المغناطيسي للأرض.

س2: ما هو مستقبل مستشعرات المجال المغناطيسي؟

ج2: من المتوقع أن ينمو سوق مستشعرات المجال المغناطيسي في السنوات القليلة المقبلة. ذلك يرجع إلى تطبيقه الواسع في مجالات السيارات، والصناعة، والإلكترونيات الاستهلاكية، والرعاية الصحية. تُقدم تقنيات مثل إنترنت الأشياء والذكاء الاصطناعي اتجاهات جديدة من شأنها أن تعزز الطلب على مستشعرات المجال المغناطيسي الدقيقة والمتينة.

س3: هل يمكن لمستشعر المجال المغناطيسي قياس قوة المغناطيس؟

ج3: نعم، يمكن لمستشعر المجال المغناطيسي قياس قوة المغناطيس. يُعد المجال المغناطيسي للأرض أضعف حوالي 25 مليون مرة من مغناطيس ثلاجة صغير. يمكن للمستشعر اكتشاف تشوهات المجال عندما يكون المغناطيس قريبًا منه. سوف يُصدر قيمة يمكن استخدامها لتقدير قوة المغناطيس.

س4: ما هي مستشعرات المجال المغناطيسي الثلاثة التي تُستخدم بشكل شائع في السيارات؟

ج4: تعتمد معظم السيارات الحديثة على مستشعرات المجال المغناطيسي لتطبيقات متنوعة. أكثرها شيوعًا هي مستشعر سرعة العجلة، ومستشعر موضع العمود المرفقي، ومستشعر موضع دواسة الوقود. يتم استكمال مستشعرات أخرى لتحسين الأداء والكفاءة.