[發(fā)明專利]新型微納電流傳感器

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811024665.0
• 申請日: 2018-09-04
• 公開（公告）號: CN109164289A
• 公開（公告）日: 2019-01-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉景毅;李定朋;錢陽;楊東明;楊雪琪;馬海源;胡林生;高新春;高秀衛(wèi);錢彥
• 申請（專利權(quán)）人: 國創(chuàng)智能設(shè)備制造股份有限公司
• 主分類號: G01R19/00
• 分類號: G01R19/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本申請涉及一種新型微納電流傳感器。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下顯著特點(diǎn)和積極效果：1、新型微納電流傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)速度快、熱穩(wěn)定性好、微型化、功耗低等特點(diǎn)，因此可被廣泛應(yīng)用于探測電流或磁場相關(guān)物理量。電流傳感器作為電子電力系統(tǒng)中電流檢測和保護(hù)單元，在電力系統(tǒng)、自動控制、精密儀器等設(shè)備均有普遍應(yīng)用，因此它在電力系統(tǒng)中交流電流信號檢測、工控監(jiān)測系統(tǒng)中交流電流信號檢測、鐵路信號監(jiān)測系統(tǒng)中交流電流信號檢測、電源設(shè)備系統(tǒng)中交流電流信號檢測等電流測量領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。2、新型微納電流傳感器精度高、測量范圍寬，是一款集諸多功能于一體的新型電流傳感器。非接觸測量，安全可靠，在復(fù)雜電力系統(tǒng)中可以準(zhǔn)確、高效檢測出各種大型、微型電流。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種新型微納電流傳感器。屬于傳感器技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

在生產(chǎn)科研領(lǐng)域經(jīng)常需要測量電流，常見的電流傳感器基于以下幾種物理學(xué)原理進(jìn)行電流測量。首先是基于歐姆定律的分流器 （shunt），其兩端輸出電壓和被測電流成正比，具有成本低、應(yīng)用方便的優(yōu)點(diǎn)，能滿足一般要求的電流測量應(yīng)用，目前仍被廣泛使用。但是， 分流器串聯(lián)在電路中，導(dǎo)致其局限性也很明顯：測量大電流時的損耗大、 沒有電氣絕緣。因此在需要電氣絕緣的環(huán)境中使用時， 需要額外配置電氣絕緣措施，比如隔離放大器等， 導(dǎo)致成本升高、帶寬降低。高性能的分流器也在陸續(xù)開發(fā)中，比如同軸分流器等。其次是基于安培環(huán)路定律的電流傳感器，通過測量磁場來間接測量電流的大小和方向，具有原、副邊的電氣絕緣。工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的電流傳感器， 通常基于以下5種測量技術(shù)： 1） 霍耳（HALL）電流傳感器； 2） 磁通門 （Fluxgate） 電流傳感器； 3）磁電阻（Magnetoresistive， MR）電流傳感器，包括AMR， GMR， TMR； 4） 羅氏線圈 （Rogowskicoil）；5） 電流互感器 （Current transformer）。

霍爾（Hall）元件電流傳感器、磁通門傳感器，振動或轉(zhuǎn)動線圈等，但這些傳感器都有一定缺陷，比如：霍爾元件輸出信號變化小，測量電流時還有一定的磁場方向各向異性，適用于中強(qiáng)磁場測量；磁通門和檢測線圈測磁場，對線圈繞制特別精確，信號處理要求較高，上述傳感器的電路過于復(fù)雜，成本也較高。

1992 年，日本名古屋大學(xué)的K.Mohri等人在CoFeSiB 軟磁非晶絲中發(fā)現(xiàn)了巨磁阻抗效應(yīng)，簡稱GMI（Giant Magneto-impedance）效應(yīng)。巨磁阻抗效應(yīng)指敏感材料在較高頻率電流的激勵下，其敏感材料的阻抗隨外界磁場的變化而顯著變化的現(xiàn)象。GMI效應(yīng)傳感器是磁阻傳感器的一種，是利用敏感材料的GMI 效應(yīng)原理設(shè)計(jì)的磁傳感器。巨磁阻抗效應(yīng)的物理機(jī)制主要有趨膚效應(yīng)、疇壁位移和磁矩轉(zhuǎn)動。趨膚效應(yīng)指的是由于感應(yīng)作用引起導(dǎo)體截面上電流分布不均勻，愈近導(dǎo)體表面電流密度越大，趨膚效應(yīng)使導(dǎo)體的有效電阻增加。鐵磁質(zhì)的內(nèi)部存在著一個個小的自發(fā)磁化區(qū)域，即使沒有外加磁場作用，各個區(qū)域內(nèi)的分子磁矩仍是完全有序排列的，這些自發(fā)磁化的小區(qū)域稱為磁疇。在無外磁場時，由于熱運(yùn)動的無序性，各磁疇中自發(fā)磁化磁矩的方向無序，磁性相互抵消，因而介質(zhì)宏觀不顯磁性。有外磁場作用時，磁矩方向與外磁場方向夾角較小的磁疇邊界向外擴(kuò)張，隨著外磁場的增強(qiáng)，除邊界繼續(xù)移動外磁疇的磁矩方向開始逐漸轉(zhuǎn)向外磁場方向，當(dāng)幾乎所有磁疇的磁矩方向都沿外磁場方向排列時，介質(zhì)的磁化達(dá)到了飽和，這也稱為GMI物理機(jī)制中的疇壁移動和磁矩轉(zhuǎn)動。

利用GMI效應(yīng)制備出的新型微納電流傳感器具有響應(yīng)速度快、靈敏度高、溫度穩(wěn)定性、低功耗、微體積、幾乎沒有磁滯現(xiàn)象、飽和磁致伸縮系數(shù)幾乎為零等優(yōu)勢, 并且可以非接觸、靈敏地、快速地檢測寬范圍和不同精度于一體的交、直電流。

發(fā)明內(nèi)容

在本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種新型微納電流傳感器，該傳感器利用非晶絲的巨磁阻抗效應(yīng)，在高頻電流激勵條件下，可以非接觸、靈敏地、快速地檢測從0-30μA，0-30mA, 0-30A，0-3000A各個范圍和不同精度于一體的交、直電流，該新型微納電流傳感器具有精度高、響應(yīng)速度快、抗干擾能力強(qiáng)、測量范圍寬等優(yōu)勢。