應(yīng)強(qiáng)度。帶氣隙的磁芯11就為一個(gè)C形的環(huán)。
[0030]在磁芯11的氣隙處放置巨磁阻芯片14的時(shí)候，巨磁阻芯片14的敏感軸方向與磁芯11的氣隙高度方向相一致。這樣增強(qiáng)巨磁阻效應(yīng)電流傳感器的靈敏性。
[0031]磁屏蔽片12的面積大于等于巨磁阻芯片14各側(cè)面中與磁屏蔽片12相鄰的側(cè)面的面積。
[0032]巨磁阻芯片14要放置在兩個(gè)磁屏蔽片12的內(nèi)部，目的同樣是為了提高電流傳感器的靈敏性。
[0033]磁芯11及磁屏蔽片12的材料為坡莫合金材料。
[0034]由磁阻公式Rm=l/yS可知，磁阻與材料的磁導(dǎo)率成反比，因此一般要選用高磁導(dǎo)率材料。為了增大檢測(cè)范圍的量程，應(yīng)選用高飽和磁密的導(dǎo)磁材料，同時(shí)為了得到實(shí)時(shí)精確的檢測(cè)結(jié)果，要選用低磁滯、低矯頑力材料。常用的磁屏蔽材料包括:電磁軟鐵，硅鋼片、坡莫合金、非晶合金等。其中非晶合金磁導(dǎo)率最高，但價(jià)格較為昂貴，電磁軟鐵和硅鋼片價(jià)格便宜，但磁導(dǎo)率較低。從性能和成本方面考慮，本發(fā)明選擇了坡莫合金材料作為磁芯11和磁屏蔽片12的材料。其電阻率為0.56μ Ω.m，居里點(diǎn)為400°C，飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度為Bs = 0.7T，飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度下的矯頑力H。不大于1.6A/m，直流磁性能滿足在0.08A/m磁場(chǎng)強(qiáng)度中的磁導(dǎo)率不小于37.5mH/m，滿足磁屏蔽對(duì)材料的要求。
[0035]本實(shí)施例在原邊繞組13電流為20A時(shí)，利用有限元軟件對(duì)巨磁效應(yīng)電流傳感器分別在無磁芯無屏蔽片、僅有磁芯和有磁芯有磁屏蔽片的情況下的磁場(chǎng)分布情況進(jìn)行仿真分析。
[0036]圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例一提供的巨磁阻效應(yīng)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(chǎng)分布仿真圖。由磁場(chǎng)分布情況可以看，磁場(chǎng)強(qiáng)度依至原邊繞組的距離由遠(yuǎn)及近漸漸增強(qiáng)，環(huán)形磁芯及磁屏蔽片的引入可以大大提高巨磁阻芯片位置處的磁感應(yīng)強(qiáng)度，增大磁增益系數(shù)，即傳感器靈敏度將有顯著的提高。
[0037]同樣的，在原邊繞組13電流為20A時(shí)，利用有限元軟件對(duì)巨磁效應(yīng)電流傳感器分別在有磁芯無磁屏蔽片和有磁芯有磁屏蔽片的情況下的沿氣隙高度方向磁感應(yīng)強(qiáng)度進(jìn)行仿真分析。圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例一提供的巨磁阻效應(yīng)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(yīng)強(qiáng)度變化曲線圖。如圖3所示，a為在有磁芯無磁屏蔽片的條件下沿氣隙高度方向磁感應(yīng)強(qiáng)度變化曲線，b為在有磁芯有屏蔽片的條件下沿氣隙高度方向磁感應(yīng)強(qiáng)度變化曲線，明顯的，曲線b磁感應(yīng)強(qiáng)度比較穩(wěn)定。由圖3可以看出加入磁屏蔽片可以使氣隙處磁場(chǎng)更加穩(wěn)定，從而增加了傳感器的精度。圖3中距離軸的零點(diǎn)代表氣隙的中心點(diǎn)。
[0038]圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例一提供的巨磁阻效應(yīng)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(chǎng)的磁場(chǎng)分布仿真圖。由兩種條件的仿真結(jié)果可以看出兩種結(jié)構(gòu)對(duì)外界雜散磁場(chǎng)都具有較高的屏蔽效能。相比之下，磁屏蔽片的引入具有更加優(yōu)越的屏蔽效果，有磁芯有磁屏蔽片結(jié)構(gòu)下的傳感器精度更高。
[0039]本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種巨磁阻效應(yīng)電流傳感器，通過引入環(huán)形磁芯和磁屏蔽片，有效減少了外界雜散磁場(chǎng)的干擾同時(shí)增加了傳感器的磁增益系數(shù)，從而使所設(shè)計(jì)電流傳感器的精度和靈敏度得到很大程度的提高。同時(shí)選定磁環(huán)為環(huán)形，選定磁芯和磁屏蔽片的材料為坡莫合金材料，進(jìn)一步增加巨磁阻效應(yīng)電流傳感器的靈敏度，減小輸出誤差。
[0040]實(shí)施例二
[0041 ]本實(shí)施例二在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上對(duì)巨磁阻電流傳感器作進(jìn)一步的說明。參考圖1，巨磁阻電流傳感器還包括:
[0042]偏置模塊，包括偏置電流源41和纏繞在磁芯11上的偏置繞組42，偏置繞組42的兩端連接偏置電流源41;
[0043]信號(hào)處理模塊還包括:參考電壓產(chǎn)生電路22，用于產(chǎn)生設(shè)定大小的直流電壓，參考電壓產(chǎn)生電路22的輸出端連接在運(yùn)算放大器21的同相輸入端。
[0044]由于所用巨磁阻芯片14為單極性輸出特性，當(dāng)被測(cè)量為交流電流時(shí)，輸出波形類似于全波整流輸出。同時(shí)當(dāng)被測(cè)磁場(chǎng)為較弱磁場(chǎng)時(shí)，由于巨磁電阻相鄰鐵磁層間較弱的耦合作用，使得巨磁阻芯片14表現(xiàn)出明顯的磁滯效應(yīng)，引起較大的輸出誤差。
[0045]為了實(shí)現(xiàn)雙極性輸出及減少磁滯誤差，本實(shí)施例引入了獨(dú)特的偏置磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)，偏置繞組42用于在氣隙處產(chǎn)生偏置磁場(chǎng)，通過磁場(chǎng)的疊加使得作用于巨磁阻芯片14的磁場(chǎng)全部提高到線性區(qū)，因?yàn)楫?dāng)磁場(chǎng)很弱時(shí)，巨磁阻芯片14產(chǎn)生的電壓和磁場(chǎng)大小的線性關(guān)系不是很強(qiáng)，通過偏置磁場(chǎng)疊加使磁場(chǎng)增強(qiáng)到線性關(guān)系強(qiáng)的狀態(tài)。這樣當(dāng)無被測(cè)磁場(chǎng)時(shí)，巨磁阻芯片14輸出一個(gè)直流偏置電壓，當(dāng)有被測(cè)電流時(shí)，巨磁阻芯片14的輸出電壓是在原偏置電壓的基礎(chǔ)上又疊加了一個(gè)由被測(cè)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)而產(chǎn)生的電壓。偏置電流源41為偏置繞組42提供電流從而產(chǎn)生偏置磁場(chǎng)。
[0046]圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例二提供的巨磁阻效應(yīng)電流傳感器在有無偏置磁場(chǎng)時(shí)的磁滯曲線圖。對(duì)有無偏置磁場(chǎng)兩種結(jié)構(gòu)下的巨磁效應(yīng)電流傳感器進(jìn)行測(cè)試，被測(cè)電流首先正行程從0A增加到14A，分別測(cè)量不同電流下的輸出電壓信號(hào)。然后，將電流反行程從14A降至0A，再次測(cè)量不同電流下傳感器的輸出信號(hào)。如圖5所示，c曲線為有偏置磁場(chǎng)下被測(cè)電流正行程對(duì)應(yīng)的輸出曲線，d曲線為有偏置磁場(chǎng)下被測(cè)電流反行程對(duì)應(yīng)的輸出曲線，e曲線為無偏置磁場(chǎng)下被測(cè)電流正行程對(duì)應(yīng)的輸出曲線，f曲線為無偏置磁場(chǎng)下被測(cè)電流反行程對(duì)應(yīng)的輸出曲線。由測(cè)試曲線可以看出，曲線c和d的重合率要大于曲線e和f。偏置磁場(chǎng)的引入可以大大減小由磁滯現(xiàn)象引起的誤差。
[0047]參考電壓產(chǎn)生電路22可以產(chǎn)生設(shè)定的電壓，將運(yùn)算放大器21輸出電壓控制在設(shè)定的區(qū)域。
[0048]運(yùn)算放大器21為差分運(yùn)算放大器。
[0049]巨磁阻芯片14的正輸出端與運(yùn)算放大器21的同相輸入端相連，巨磁阻芯片14的負(fù)輸出端與運(yùn)算放大器21的反相輸入端相連。
[0050]參考電壓產(chǎn)生電路22的輸出電壓與偏置繞組42在巨磁阻芯片14上產(chǎn)生的偏置電壓相等。
[0051]運(yùn)算放大器21輸入端接入巨磁阻芯片14兩個(gè)輸出端輸出的電壓差，同時(shí)加入?yún)⒖茧妷寒a(chǎn)生電路22接在運(yùn)算放大器21的同相輸入端，將電壓差與參考電壓產(chǎn)生電路22產(chǎn)生的電壓相疊加，再對(duì)疊加后的電壓進(jìn)行放大。運(yùn)算放大器21同相輸入端的參考電壓產(chǎn)生電路22用于消除偏置磁場(chǎng)產(chǎn)生的偏置電壓，使得傳感器最終輸出得到一個(gè)雙極輸出的電壓，也即輸出有正有負(fù)的電壓。
[0052]信號(hào)處理模塊還包括:推挽式功率放大器23，推挽式功率放大器23的輸入端與運(yùn)算放大器21的輸出端連接。
[0053]推挽式功率放大器23將運(yùn)算放大器21的輸出信號(hào)進(jìn)一步放大，使電流傳感器的測(cè)量結(jié)果更加精確。
[0054]電源模塊包括電源產(chǎn)生電路；
[0055]電源產(chǎn)生電路用于根據(jù)供電電壓分別為巨磁阻芯片14、參考電壓產(chǎn)生電路22、運(yùn)算放大器21和推挽式功率放大器23產(chǎn)生相適應(yīng)的工作電壓。
[0056]巨磁阻芯片14、運(yùn)算放大器21和推挽式功率放大器23的供電電源是不同的。例如，巨磁阻芯片14可以用電壓為5V的電壓供電，運(yùn)算放大器21可使用15V的電源。生活中沒有電壓為5V或15V的直流電壓源，可以用電壓為220V的電源通過電源產(chǎn)生電路輸出各種需要的電壓。
[0057]另外