一種巨磁阻效應電流傳感器的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及傳感器技術，尤其涉及一種巨磁阻效應電流傳感器。
【背景技術】
[0002]隨著電力電子技術的發(fā)展，高性能緊湊型電流傳感器的需求逐漸增大。傳統(tǒng)的電流檢測方法包括分流器、電流互感器、羅氏線圈、霍爾傳感器;新型檢測技術包括磁通門傳感器、巨磁阻傳感器和光纖傳感器。其中分流器測量方法不能實現電隔離，且功耗較高；電流互感器只能進行交流電流的測量，磁芯容易受飽和的影響，測量頻率較低，體積較大，價格昂貴;霍爾電流傳感器能夠檢測較大量程的電流，測量精度在0.5 %和2 %之間，但是其測量精度受環(huán)境溫度和外界磁場影響較大，這就限制了其應用范圍；羅氏線圈測量頻率范圍較大，但不可測量直流，且價格昂貴。光纖電流傳感器體積小，重量輕，不存在磁飽和影響，抗電磁干擾性能好，但其結構復雜，造價昂貴。磁通門傳感器是利用高導磁率磁芯在交變磁場的飽和激勵下，其磁感應強度與磁場強度之間的非線性關系來間接測量被測磁場的一種傳感器。磁通門傳感器具有分辨率高，低溫漂，低零漂等優(yōu)點，但其信號處理電路比較繁瑣，主要用于直流弱磁場的測量。與上述電流傳感器相比，巨磁阻電流傳感器具有高帶寬、高靈敏度、低功耗、可靠性好和體積小等優(yōu)點，它達到了電流傳感器未來發(fā)展趨勢的要求，在未來的檢測技術中巨磁阻電流傳感器將會應用越來越廣泛，發(fā)揮它本身的優(yōu)越性。
[0003]然而，由于巨磁阻對磁場的高度敏感特性，使得它們同時易受外界雜散磁場的影響。這些雜散磁場的場源包括電機和變壓器等電器設備，或者傳感器周圍的載流導體等等。雜散磁場會引起傳感器產生較大的輸出誤差，影響了電流測量結果的準確度。
【實用新型內容】
[0004]有鑒于此，本實用新型提供一種巨磁阻效應電流傳感器，以解決巨磁阻芯片因易受雜散磁場影響，產生較大的輸出誤差，影響電流測量結果的準確度的問題。
[0005]本實用新型實施例提供了一種巨磁阻效應傳感器，包括:
[0006]電磁轉換模塊，包括帶氣隙的磁芯，放置于所述磁芯氣隙兩端的兩個磁屏蔽片，穿過所述磁芯的原邊繞組和放置于所述磁芯氣隙處的巨磁阻芯片；
[0007]信號處理模塊，包括運算放大器，所述運算放大器的同相輸入端和反相輸入端分別與所述巨磁阻芯片的兩個輸出端相連；
[0008]電源模塊，分別與所述電磁轉換模塊和所述信號處理模塊相連，用于為所述巨磁阻效應電流傳感器提供電源。
[0009]本實用新型提供的一種巨磁阻效應電流傳感器，通過在電磁轉換模塊內加入帶氣隙的磁芯，并在磁芯氣隙處引入了兩個磁屏蔽片，可以有效屏蔽外界的雜散磁場，同時使氣隙處磁場更加均勻。環(huán)形磁芯和磁屏蔽片的引入有效減少了外界雜散磁場的干擾同時增加了傳感器的磁增益系數，從而使所設計電流傳感器的精度和靈敏度得到很大程度的提高。
【附圖說明】
[0010]通過閱讀參照以下附圖所作的對非限制性實施例所作的詳細描述，本實用新型的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯:
[0011]圖1為本實用新型實施例一提供的一種巨磁阻效應電流傳感器結構示意圖；
[0012]圖2為本實用新型實施例一提供的巨磁阻效應電流傳感器在無磁芯無磁屏蔽片、僅有磁芯和有磁芯有磁屏蔽片的情況下的磁場分布仿真圖；
[0013]圖3為本實用新型實施例一提供的巨磁阻效應電流傳感器在有磁芯有磁屏蔽片和有磁芯無磁屏蔽片的條件下沿氣隙高度方向磁感應強度變化曲線圖；
[0014]圖4為本實用新型實施例一提供的巨磁阻效應電流傳感器在僅有磁芯和有磁芯有磁屏蔽片兩種條件下加入2mT的外界雜散磁場的磁場分布仿真圖；
[0015]圖5為本實用新型實施例二提供的巨磁阻效應電流傳感器在有無偏置磁場時的磁滯曲線圖；
[0016]圖6為本實用新型實施例二提供的開環(huán)和閉環(huán)結構下巨磁效應電流傳感器的輸入輸出特性曲線圖；
[0017]圖7為本實用新型實施例二提供的巨磁阻效應電流傳感器的組成模塊框圖。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步的詳細說明。可以理解的是，此處所描述的具體實施例僅僅用于解釋本實用新型，而非對本實用新型的限定。另外還需要說明的是，為了便于描述，附圖中僅示出了與本實用新型相關的部分而非全部內容。
[0019]實施例一
[0020]圖1為本實用新型實施例一提供的一種巨磁阻效應電流傳感器結構示意圖。如圖1所示，該巨磁阻效應電流傳感器包括:
[0021 ]電磁轉換模塊，包括帶氣隙的磁芯11，放置于磁芯11氣隙兩端的兩個磁屏蔽片12，穿過磁芯11的原邊繞組13和放置于磁芯氣隙處的巨磁阻芯片14;
[0022]信號處理模塊，包括運算放大器21，運算放大器21的同相輸入端和反相輸入端分別與巨磁阻芯片14的兩個輸出端相連；
[0023]電源模塊，分別與電磁轉換模塊和信號處理模塊相連，用于為巨磁阻效應電流傳感器提供電源(圖中未示出)。
[0024]所謂巨磁阻效應，是指磁性材料的電阻率在有外磁場作用時較之無外磁場作用時存在巨大變化的現象。巨磁阻效應電流傳感器可以通過直接測量長直導線上電流產生的磁場來測量電流。當某導線中電流變化時，電流產生的磁場隨之變化，巨磁電阻也發(fā)生變化，利用電橋結構將電阻的變化輸出為一個電壓信號。由于巨磁電阻和磁場之間具有線性變化規(guī)律，輸出的電壓正比于被測電流，從而實現電流信號的測量功能。
[0025]本實施例的電磁轉換模塊中，在原邊繞組13和巨磁阻芯片14的基礎上加入了帶氣隙的磁芯11和放置于磁芯11氣隙兩端的兩個磁屏蔽片12，原邊繞組13穿過帶氣隙的磁芯11，巨磁阻芯片14放置在磁芯11的氣隙處。磁芯11和磁屏蔽片12可以有效的屏蔽外界磁場，并使磁芯11處的磁場增大。磁屏蔽是用來隔離磁場耦合的措施，是利用磁通沿低磁阻路徑流通的原理來改變外界雜散磁場的方向，從而使磁力線聚集于屏蔽體內。
[0026]巨磁阻芯片14具有兩個輸出端，兩個輸出端的電壓差值為巨磁阻芯片14產生的電壓值。巨磁阻芯片14的兩個輸出端分別與信號處理模塊的運算放大器21的同相輸入端和反相輸入端相連。因為巨磁阻芯片14輸出的電壓很小，當原邊繞組13產生的磁場發(fā)生變化時，不能從巨磁阻芯片14的輸出電壓中顯現出來。運算放大器21將巨磁阻芯片14的輸出信號進行放大，能更準確的得知原邊繞組13的磁場變化情況從而測量原邊繞組13的電流值。
[0027]例如，原邊繞組13電流為1A時，巨磁阻芯片14輸出IV的電壓，原邊繞組13電流0.1A的變化引起巨磁阻芯片14輸出電壓變化為0.1V，這是不太明顯的差值，很容易因機械誤差或讀數誤差產生輸出的誤差。而運算放大器21將巨磁阻芯片14輸出的IV放大十倍為10V，則當原邊繞組13電流有0.1A的變化時弓I起運算放大器21輸出電壓值IV的變化，減小輸出的誤差。
[0028]電源模塊用于為整個巨磁阻效應電流傳感器供電。電源模塊與電磁轉換模塊的巨磁阻芯片14的電源引腳相連，為巨磁阻芯片14供電；與信號處理模塊的運算放大器21相連，為運算放大器21提供電源。
[0029]因為磁場按照以原邊繞組13為圓心的同心圓分布的，磁芯11的形狀優(yōu)選為環(huán)形，這樣能加強磁芯11的磁感