Selektives Messen von magnetischen Wechselfeldern mit einem Hall-Sensor (und Erhalten eines genauen Tesla-Messwerts)

Diese Antwort ist rein theoretisch.

Ich sehe keine zusätzlichen Probleme beim Messen eines sich langsam ändernden Magnetfelds mit einem Hallsensor - die Ausgangsspannung ist ein sich langsam änderndes Signal.

Da der Hall-Effekt jedoch ein Kapazitätseffekt ist, hat ein Hall-Sensor eine intrinsische Tiefpassfilternatur. Es sollte kein Problem bei den für Sie interessanten Frequenzen sein, aber es lohnt sich, bei Anwendungen mit höheren Frequenzen darauf zu achten.

Die Genauigkeit des Hallsensors bei niedrigen Frequenzen sollte ungefähr die gleiche sein wie bei konstantem Feld. Überprüfen Sie die Spezifikationen.

Induktor-Alternative:

Ich denke nicht, dass die Verwendung eines Induktors ein guter Ansatz ist. Hall-Sensoren sind klein und genau, während Induktoren dazu neigen, groß und unordentlich zu sein. Der Induktor hat eine intrinsische DC-Filterfähigkeit, aber das ist kein großer Vorteil.

Wenn Sie einen auf Induktion basierenden Sensor finden, der zu Ihrer Anwendung passt, dann machen Sie es. Ich schlage jedoch vor, dass Sie nicht versuchen, selbst einen zu bauen (vielleicht zum Spaß und zur Bildung, aber nicht für echte Anwendungen) - er wird sicherlich schlechter sein als fast jeder Hallsensor, den Sie für ein paar Dollar kaufen können.

Ich glaube nicht, dass es ein großes Problem ist, Magnetfelder mit einer Spule zu messen. Die grundlegende Theorie ist: -

Induktionsspannung =$-N\frac{d\Phi}{dt}$wobei N die Anzahl der Windungen ist.

Und wenn Sie versuchen, die Flussdichte genau zu bestimmen, müssen Sie sicherstellen, dass die Querschnittsfläche der Spule klein genug ist. Wenn das erreichbar ist, lautet die Formel: -

Induktionsspannung =$-N\times S\frac{dB}{dt}$wobei B die Flussdichte und S die Spulenfläche ist.

Für eine verbesserte Empfindlichkeit kann die Spule (N Windungen) auf Ferrit mit hoher Permeabilität gewickelt werden und die neue Formel lautet: -

Induktionsspannung =$-N\times S\times \mu_r \frac{dB}{dt}$Wo$\mu_r$ist die relative Permeabilität des Ferritmaterials.

Die Verwendung von Ferrit sollte sicherlich eine gewisse Verbesserung bringen, aber die Permeabilität des Ferritmaterials ist weniger sicher und Sie müssten es wahrscheinlich mit einem bekannten Magnetfeld "kalibrieren". Wenn Sie jedoch hauptsächlich an der Auflösung interessiert sind, ist dies kein großes Problem.

Sie suchen eine Auflösung von 0,01$\mu T$bei der niedrigsten Frequenz von 40 Hz. Das ist ein$\frac{dB}{dt}$zahlenmäßig 1,6$\times 10^{-6}$- Ich gehe davon aus, dass sich die Änderung von B über einen Zeitraum von 6,25 ms erstreckt, dh ein Viertel der Periode von 40 Hz.

Angenommen, Sie hatten 50 Windungen auf einem Ferrit mit einer relativen Permeabilität von 10.000 und Ihre Spule hatte eine Querschnittsfläche von 78,54 mm² (Spulendurchmesser 10 mm).

Die induzierte Spannung wird sein$-50\times 78.54 \times 10^{-6}\times 10,000\times 1.6 \times 10^{-6}$= -63$\mu V$

Bei 120 Hz ist die induzierte Spannung dreimal größer. Dieses Signal kann einfach durch praktisch jeden anständigen Operationsverstärker und Tiefpassfilter verstärkt werden, um Out-of-Band-Rauschen zu reduzieren. Ich kann das nicht mit Hallsensoren vergleichen, weil ich nicht genug darüber weiß.

Ich denke, 3E7-Material von Ferroxcube sieht für diesen Job ziemlich gut aus. Bemerkenswert ist die stabile Permeabilität über den Temperaturbereich von 20 °C bis 40 °C. Es hat eine anfängliche Permeabilität von 15.000.