[發明專利]巨磁阻電流傳感器

無效

• 申請號: 201310635076.7
• 申請日: 2013-11-29
• 公開（公告）號: CN103616550A
• 公開（公告）日: 2014-03-05
• 發明（設計）人: 楊曉光;李元園;劉航
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: G01R19/00
• 分類號: G01R19/00
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙) 12210
• 代理人: 胡安朋

技術領域

本發明的技術方案涉及用于測量電流的裝置，具體地說是巨磁阻電流傳感器。

背景技術

隨著電力電子技術的發展，高精度、寬頻帶電流傳感器的應用越來越廣泛。最近十年來電流傳感器取得了較大的發展。根據測量原理的不同，電流傳感器大體分為基于歐姆定律、電磁感應定律、霍爾效應、羅氏線圈和磁通門幾種；根據使用的方法的不同，電流傳感器可分為接觸式和非接觸式兩種類型。由于非接觸式電流傳感器進行電流測量可以保證工作人員的人身安全和系統的穩定運行，應用范圍更加廣泛。非接觸式電流傳感器，一般是基于磁場的測量。現有的磁場測量方法有磁通量計、磁通門技術以及磁敏傳感器。磁敏傳感器由于具有集成度高、體積小和結構簡單的優點，受到越來越多的重視。目前的磁敏傳感器主要有霍爾元件和巨磁電阻元件。其中，霍爾電流傳感器能夠檢測幾千安培的電流，精度范圍在0.5%到2%之間，但是霍爾元件靈敏度低，溫漂和零漂嚴重，在高精度測量方面受到限制。現有的的巨磁電阻傳感器主要應用在磁性編碼器、電子羅盤、硬盤讀寫磁頭以及電磁無損檢測等領域。與霍爾元件相比，巨磁電阻傳感器具有低溫漂和低零漂的優點，并且靈敏度高，在高精度電流檢測方面有無可比擬的優勢。

國際上已經報道了幾種巨磁電阻電流傳感器的結構，Z.Qian等為了解決電磁電流互感器在電力系統中的應用的隔離的問題，提出了一種基于巨磁阻效應的電流傳感器。István?Jedlicska等人通過數值解析方法消除磁滯影響，使輸出特性線性化程度提高，增加了巨磁阻傳感器的測量精度，所設計的傳感器在保證精度不降低的前提下，測量范圍幾乎接近磁飽和點。為了達到基于點磁場的電流檢測的目的，Erik?R.Olson和Robert?D.Lorenz對載流導體周圍磁場的動態特性進行了研究，提出了一種空間相關性度量標準，即5%平穩帶寬準則，用于優化磁場探測器位置。同時，Erik?R.Olson和Robert?D.Lorenz兩人應用基于點磁場巨磁阻探測器陣列的集成電流傳感器來實現對被測的電流信號提取以及對未知的擾動場信號的分離。然而，現有技術在僅用巨磁電阻元件對磁場進行測量時，存在以下問題：巨磁電阻元件對磁場非常敏感，測量時極易被雜散外磁場干擾；無法完全消除溫漂與零漂；磁性器件存在固有的磁滯現象，影響測量精度。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提供巨磁阻電流傳感器，其整個測量回路構成閉環系統，巨磁電阻芯片與聚磁環磁芯構成一個封閉的結構，克服了現有技術的巨磁電阻電流傳感器在測量時極易被雜散外磁場干擾、無法完全消除溫漂與零漂、磁性器件存在固有的磁滯現象影響測量精度的缺陷。

本發明解決該技術問題所采用的技術方案是：巨磁阻電流傳感器，由電磁轉換模塊、信號放大模塊和反饋補償模塊三部分組成，其中，電磁轉換模塊包括聚磁環磁芯、原邊繞組和巨磁電阻芯片，信號放大模塊包括運算放大器和推挽功率放大器，反饋補償模塊為反饋繞組；原邊繞組穿過聚磁環磁芯，反饋繞組均勻繞在聚磁環磁芯上，反饋繞組一端與推挽功率放大器相連接，反饋繞組另一端連接一個采樣電阻，巨磁電阻芯片與聚磁環磁芯和反饋繞組構成閉環系統式的測量探頭，聚磁環磁芯將原邊電流所產生的磁場進行聚集之后，作用于巨磁阻芯片，巨磁電阻芯片在感受到磁場的作用之后，將會有電壓信號輸出，該輸出的電壓信號送入運算放大器，運算放大器與推挽功率放大器連接，上述輸出的電壓信號經過運算放大器和推挽功率放大器進行放大之后，加到采樣電阻上，形成反饋電流，該反饋電流經過反饋繞組產生反饋磁場，由此電磁轉換模塊、信號放大模塊和反饋補償模塊三部分構成測量回路閉環系統。

上述巨磁阻電流傳感器，所述聚磁環磁芯的構成材料是坡莫合金材料，其電阻率為0.56μΩ·m，居里點為400℃，飽和磁感應強度為Bs=0.7T，飽和磁感應強度下的矯頑力Hc不大于1.6A/m，直流磁性能滿足在0.08A/m磁場強度中的磁導率不小于37.5mH/m；聚磁環磁芯是圓環形磁環，該磁環的內徑為20mm、外徑為25mm、高為7mm、氣隙長度為5mm、橫截面為長為7mm和寬為5mm的矩形。

上述巨磁阻電流傳感器，所述巨磁阻芯片即GMR芯片，采用東方微磁科技有限公司的VA110F3

上述巨磁阻電流傳感器，所述原邊繞組的匝數為1匝。

上述巨磁阻電流傳感器，所述反饋繞組的匝數是120匝。

上述巨磁阻電流傳感器，所述采樣電阻為20歐姆。

上述巨磁阻電流傳感器，所述運算放大器的型號是INA118，推挽功率放大器的型號是L165。