本發(fā)明涉及電流傳感器領(lǐng)域，具體為一種電流測(cè)量方法及傳感器系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

霍爾效應(yīng)定義了磁場(chǎng)和感應(yīng)電壓之間的關(guān)系，當(dāng)電流通過一個(gè)位于磁場(chǎng)中的導(dǎo)體的時(shí)候，磁場(chǎng)會(huì)對(duì)導(dǎo)體中的電子產(chǎn)生一個(gè)垂直于電子運(yùn)動(dòng)方向上的作用力，從而在垂直于導(dǎo)體與磁感線的兩個(gè)方向上產(chǎn)生電勢(shì)差。磁傳感器通過檢測(cè)磁場(chǎng)變化，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)輸出，可用于監(jiān)視和測(cè)量各種參數(shù)，例如位置、位移、角度、角速度、轉(zhuǎn)速等等，并可將這些變量進(jìn)行二次變換，可測(cè)量壓力、質(zhì)量、液位、流速、流量等。同時(shí)磁傳感器輸出量直接與電控單元接口，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)。

傳統(tǒng)的電流檢測(cè)集成電路核心結(jié)構(gòu)如圖1所示，圖中11是待測(cè)電流it的傳輸導(dǎo)體，根據(jù)麥克斯韋磁場(chǎng)理論電流經(jīng)過導(dǎo)體會(huì)產(chǎn)生旋渦磁力線，磁力線如b所示。磁傳感器10感應(yīng)磁力線，并產(chǎn)生電信號(hào)，電信號(hào)經(jīng)過放大器12放大，輸出給下一級(jí)電路處理。傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)雖然簡(jiǎn)單但是存在著抗干擾性差的問題，特別是當(dāng)檢測(cè)電路附近出現(xiàn)帶電導(dǎo)線(產(chǎn)生感應(yīng)磁場(chǎng))或永磁體時(shí)，磁傳感器無法分辨待測(cè)電流it產(chǎn)生的感應(yīng)磁場(chǎng)與干擾磁場(chǎng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種電流測(cè)量方法及傳感器系統(tǒng)，其能夠有效解決傳統(tǒng)方法中抗干擾性差的問題。

其技術(shù)方案是這樣的：一種電流測(cè)量方法，其特征在于，導(dǎo)體通入待測(cè)電流it為下層，帶有四個(gè)磁傳感器的硅片件放置于導(dǎo)體上方為上層，導(dǎo)體前方開設(shè)有兩個(gè)對(duì)稱的u型槽，第一磁傳感器放置于一個(gè)所述u型槽開口內(nèi)垂直映射到上層的位置，第二磁傳感器放置于另一個(gè)所述u形凹槽開口內(nèi)垂直映射到上層的位置，第三磁傳感器和第四磁傳感器放置于第一磁傳感器與第二磁傳感器之間且位于導(dǎo)體上方垂直映射到上層的位置，設(shè)b為待處理磁通量，bt為待處理磁通量b中待測(cè)電流it通過導(dǎo)體產(chǎn)生部分，bn為待處理磁通量b中外部干擾源in產(chǎn)生部分，經(jīng)過算法計(jì)算得出待處理磁通量b的同時(shí)衰減外部干擾源所產(chǎn)生的磁場(chǎng)導(dǎo)致的干擾信號(hào)，根據(jù)待處理磁通量b求出待測(cè)電流it的大小。

其進(jìn)一步特征在于，

計(jì)算待處理磁通量b的推導(dǎo)公式如下：待測(cè)電流it對(duì)四個(gè)磁傳感器的磁通量分別用bta、btb、btc、btd表示，干擾源對(duì)磁傳感器的磁通量用bna、bnb、bnc、bnd表示，四個(gè)磁傳感器的總磁通量分別用ba、bb、bc、bd表示，則b＝ba+bb-(bc+bd)

＝(bta+bna)+(btb+bnb)–(btc+bnc)–(btd+bnd)

≈bta+bna+bnb-bnc-bnd(btc、btd遠(yuǎn)小于其他分量)

＝bta+btb+(bna+bnb-bnc-bnd)

＝bt+bn。

一種電流測(cè)量的傳感器系統(tǒng)，其特征在于，其包括處于下層的帶u形凹槽的導(dǎo)體和處于上層的帶有四個(gè)磁傳感器的硅片，導(dǎo)體前方有兩個(gè)對(duì)稱u型槽第一磁傳感器放置于一個(gè)所述u型槽開口內(nèi)垂直映射到上層的位置，第二磁傳感器放置于另一個(gè)所述u形凹槽開口內(nèi)垂直映射到上層的位置，第三磁傳感器和第四磁傳感器放置于第一磁傳感器與第二磁傳感器之間且位于導(dǎo)體上方垂直映射到上層的位置。

采用本發(fā)明的系統(tǒng)和方法后，四個(gè)磁傳感器會(huì)同時(shí)感應(yīng)到待測(cè)電流it磁場(chǎng)，通過計(jì)算并有效消除外部干擾，提高了效率，增加了信噪比，提高了抗干擾能力。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)原理圖；

圖2為本發(fā)明原理圖；

圖3為圖2左視圖；

圖4為導(dǎo)體磁場(chǎng)分布圖；

圖5為歸一化處理曲線圖。

具體實(shí)施方式

見圖2至圖5所示：一種電流檢測(cè)的的電流傳感系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為兩層如圖3所示，下層包括導(dǎo)體11，第二層為帶四個(gè)磁傳感器的硅片20。導(dǎo)體11前方有兩個(gè)對(duì)稱u型槽，后方可以開有條型凹槽也可以不開，第一磁傳感器放置于一個(gè)所述u型槽開口內(nèi)垂直映射到上層的位置，第二磁傳感器放置于另一個(gè)所述u形凹槽開口內(nèi)垂直映射到上層的位置，第三磁傳感器和第四磁傳感器放置于第一磁傳感器與第二磁傳感器之間且位于導(dǎo)體上方垂直映射到上層的位置。測(cè)量方法如下所述：

待測(cè)電流it通過特殊形狀的導(dǎo)體11，導(dǎo)體11上有兩個(gè)u形凹槽，兩個(gè)u形凹槽上方有個(gè)條型凹槽也可以不用條形凹槽，u形凹槽的主要功能是加強(qiáng)u型槽內(nèi)的磁場(chǎng)強(qiáng)度，長(zhǎng)條型凹槽的主要目的是使電流盡量往條型凹槽下方流，有利于加強(qiáng)u形凹槽的磁場(chǎng)。導(dǎo)體11正上方有四個(gè)磁傳感器，第一磁傳感器10a、第二磁傳感器10b主要用于感應(yīng)待測(cè)電流it產(chǎn)生的磁場(chǎng)；第三磁傳感器10c、第四磁傳感器10d位于條型凹槽下面一點(diǎn)，四個(gè)磁傳感器在同一平面上，第三磁傳感器10c、第四磁傳感器10d主要用于消除外部干擾。根據(jù)本發(fā)明描述的算法，干擾電流源在芯片外部的任何方向形成的干擾磁場(chǎng)均可得到有效的衰減，但衰減的效果有差異。以其中衰減效果最差的情況為例(參考圖2中干擾源的位置)：外部磁場(chǎng)干擾可以使用帶電導(dǎo)線in代替，干擾源12與磁傳感器水平線垂直，干擾源in流過外部導(dǎo)線12時(shí)，會(huì)產(chǎn)生干擾磁場(chǎng)b’。

當(dāng)待測(cè)電流it流過導(dǎo)體11時(shí)，產(chǎn)生的磁場(chǎng)如圖4所示。導(dǎo)體11附件的磁場(chǎng)強(qiáng)度使用灰度信號(hào)表示，灰度越暗表示磁場(chǎng)越強(qiáng)。導(dǎo)體11的u形凹槽附近的磁場(chǎng)最強(qiáng)，而導(dǎo)體上條型凹槽下方的磁場(chǎng)很弱，第三磁傳感器10c、第四磁傳感器10d感應(yīng)到的磁通量相對(duì)于第一磁傳感器10a、第二磁傳感器10b來說可以非常小，可以看做零。待測(cè)電流it對(duì)磁傳感器的磁通量用bta、btb、btc、btd表示。干擾電流源in對(duì)磁傳感器的磁通量用bna、bnb、bnc、bnd表示。四個(gè)磁傳感器的總磁通量使用ba、bb、bc、bd，第一磁傳感器10a、第二磁傳感器10b之間距離使用lab表示，第三磁傳感器10c、第四磁傳感器10d之間的距離使用lcd表示，干擾源導(dǎo)體13與最近的磁傳感器距離用l1表示。則通過公式計(jì)算出待處理的磁通量b：

b＝ba+bb-(bc+bd)

＝(bta+bna)+(btb+bnb)–(btc+bnc)–(btd+bnd)

＝bta+bna+btb+bnb-bnc-bnd(btc、btd遠(yuǎn)小于其他分量)

＝(bta+btb)+(bna+bnb-bnc-bnd)

＝bt+bn(bt與bn分別為it、in對(duì)磁傳感器的影響)

待處理磁通量b產(chǎn)生的感應(yīng)電信號(hào)通過后級(jí)電路處理就能實(shí)時(shí)監(jiān)控待測(cè)電流it。ba、bb、bc、bd強(qiáng)度與lab、lcd有關(guān)，由于通電導(dǎo)線產(chǎn)生的感應(yīng)磁場(chǎng)磁通量大小與距離成反比，bn為：

由于算法申明的結(jié)構(gòu)是封裝在芯片中的，實(shí)際運(yùn)用中l(wèi)1遠(yuǎn)大于lab，現(xiàn)在考慮較為極端的情況l1＝lab，此時(shí)干擾較強(qiáng)。

通過歸一化的計(jì)算，bn與lab、lcd有關(guān)系近似圖5，由圖5可以看出隨著lcd的增加函數(shù)單調(diào)遞減，也就是說lcd越大則bn越小，同時(shí)系統(tǒng)的信噪比號(hào)越好。當(dāng)bn足夠小時(shí)，磁通量b基本只受bt影響，bt與待測(cè)電流it成正比。待處理的磁通量會(huì)在磁傳感器上產(chǎn)生電信號(hào)，通過采集電信號(hào)就可以得出待測(cè)電流it的幅值。

該系統(tǒng)使用特殊形狀導(dǎo)體與多個(gè)磁傳感器形成的特殊結(jié)構(gòu)，通過對(duì)多個(gè)磁傳感器感應(yīng)信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算，有效衰減了外部磁干擾對(duì)待測(cè)電流信號(hào)的影響，提高了系統(tǒng)信噪比，在集成電路設(shè)計(jì)中具有巨大實(shí)用價(jià)值。