[發明專利]一種基于巨磁電阻效應的電流測量裝置

在審

• 申請號: 202210247835.1
• 申請日: 2022-03-14
• 公開（公告）號: CN114646790A
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發明（設計）人: 胡春艷;譚湘敏;韓博;孫嘉嫻;陳志
• 申請（專利權）人: 中國科學院工程熱物理研究所
• 主分類號: G01R19/00
• 分類號: G01R19/00;G01R15/20
• 代理公司: 北京鍾維聯合知識產權代理有限公司 11579
• 代理人: 原春香

1.一種基于巨磁電阻效應的電流測量裝置，所述裝置包括：高頻磁芯、主電流第一線圈、第一巨磁電阻、第二巨磁電阻、第三巨磁電阻、第四巨磁電阻、差壓測量放大電路、電流驅動和電壓測量電路、檢流電阻、主電流第二線圈、測量電流勵磁線圈，其特征在于，

所述高頻磁芯用于傳導磁場，整體大致呈矩形，包括第一長邊、第二長邊、位于左側的第一短邊、位于右側的第二短邊；

所述主電流第一線圈靠左布置在所述高頻磁芯的第一長邊上，并且所述主電流第一線圈的線圈纏繞方向及通入的主電路電流I_s的方向應使得所述主電流第一線圈產生方向向右的磁場；

所述主電流第二線圈靠左布置在所述高頻磁芯的第二長邊上，且所述主電流第二線圈與主電流第一線圈串聯布置，所述主電流第二線圈的線圈纏繞方向及通入的主電路電流I_s的方向應使得所述主電流第二線圈產生方向向左的磁場；

所述測量電流勵磁線圈布置在所述高頻磁芯位于右側的第二短邊上，用于產生與所述主電流第一線圈、主電流第二線圈方向相反的磁場；

所述第一巨磁電阻、第二巨磁電阻布置在所述高頻磁芯的第二長邊上，并依次布置在所述主電流第二線圈的右側；所述第三巨磁電阻、第四巨磁電阻布置在所述高頻磁芯的第一長邊上，并依次布置在所述主電流第一線圈的右側；且所述第一巨磁電阻、第二巨磁電阻、第三巨磁電阻、第四巨磁電阻通過導線配置成惠斯登電橋，用于測量所述高頻磁芯中的磁場強度，當所述高頻磁芯中的磁場大小和方向發生變化時，所述第一巨磁電阻、第二巨磁電阻、第三巨磁電阻、第四巨磁電阻的阻值發生相應變化，電橋產生差分電壓；

所述差壓測量放大電路的輸入端通過導線與所述惠斯登電橋連接，用以產生電橋所需的穩定參考電壓，并對電橋產生的差分電壓信號進行放大和調節，得到所需要的響應動態；

所述電流驅動和電壓測量電路通過導線與所述差壓測量放大電路的輸出端連接，用于根據所述差壓測量放大電路的輸出電壓V_r產生驅動電流I_d；

所述電流驅動和電壓測量電路的輸出端通過導線與所述測量電流勵磁線圈連接，且在二者之間的連接導線上設置有接地的測量檢流電阻，所述電流驅動和電壓測量電路根據所述測量檢流電阻的端電壓進行調理和校正后輸出電壓V_o，輸出電壓V_o與主電路電流I_s存在一一對應的關系，輸出電壓V_o輸出至外部電路采集，校正后可知主電路電流I_s的值。

2.根據上述權利要求所述的基于巨磁電阻效應的電流測量裝置，其特征在于，所述主電流第一線圈、主電流第二線圈、測量電流勵磁線圈用于產生磁場，勵磁線圈用于產生磁場產生的磁場方向與主電流第一線圈、主電流第二線圈產生的磁場方向相反，使得整個電流測量電路工作在負反饋閉環狀態。

3.根據上述權利要求所述的基于巨磁電阻效應的電流測量裝置，其特征在于，所述第一巨磁電阻、第二巨磁電阻、第三巨磁電阻、第四巨磁電阻采用巨磁電阻效應材料做成，配置成惠斯登電橋形式，用于測量所述高頻磁芯中的磁場強度，當所述高頻磁芯中的磁場大小和方向發生變化時，所述第一巨磁電阻、第二巨磁電阻、第三巨磁電阻、第四巨磁電阻的阻值發生相應變化，電橋產生差分電壓。

4.根據上述權利要求所述的基于巨磁電阻效應的電流測量裝置，其特征在于，所述差壓測量放大電路用于產生電橋所需的穩定參考電壓，對差分電壓信號進行放大和調節，得到所需要的響應動態。

5.根據上述權利要求所述的基于巨磁電阻效應的電流測量裝置，其特征在于，所述電流驅動和電壓測量電路用于電壓電流轉換、測量檢流電阻的端電壓并進行調理和校正，然后輸出電壓至外部電路。

6.根據上述權利要求所述的基于巨磁電阻效應的電流測量裝置，其特征在于，所述第一巨磁電阻、第二巨磁電阻、第三巨磁電阻、第四巨磁電阻深埋于所述高頻磁芯中，并從其對磁場不敏感的方向接出引線。

7.根據上述權利要求所述的基于巨磁電阻效應的電流測量裝置，其特征在于，所述差壓測量放大電路，包括帶溫補的參考電壓產生電路、電壓調節器、電壓預放大器，其中，所述帶溫補的參考電壓產生電路通過導線與所述惠斯登電橋連接，用于產生溫漂小的高精度參考電壓并提供給惠斯登電橋使用；所述電壓預放大器的輸入端通過導線與所述惠斯登電橋連接，其傳遞函數為K(放大環節)，用于對微小差分信號進行預放大，提高所述差壓測量放大電路的精度和穩定性，并通過調節該值來調節電流測量范圍；所述電壓調節器的輸入端通過導線與所述電壓預放大器的輸出端連接，用于調節控制閉環的響應動態，其傳遞函數設置成其中，G_s為電壓調節器的傳遞函數，K_p2為比例系統，T_i為積分時間常數，T_d為微分時間常數，s為拉普拉斯變換符號。