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一種巨磁阻效應(yīng)電流傳感器的制造方法_3

文檔序號:10298734閱讀:來源:國知局
新型實(shí)施例提二供的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。由磁場分布情況可以看,磁場強(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。
[0062]同樣的,在原邊繞組13電流為20A時(shí),利用有限元軟件對巨磁效應(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5為本實(shí)用新型實(shí)施例二提供的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5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5可以看出加入磁屏蔽片可以使氣隙處磁場更加穩(wěn)定,從而增加了傳感器的精度。圖5中距離軸的零點(diǎn)代表氣隙的中心點(diǎn)。
[0063]圖6為本實(shí)用新型實(shí)施例二提供的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。由兩種條件的仿真結(jié)果可以看出兩種結(jié)構(gòu)對外界雜散磁場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。
[0064]本實(shí)用新型實(shí)施例二提供的一種巨磁阻效應(yīng)電流傳感器,在加入偏置繞組的同時(shí),通過在環(huán)形磁芯上設(shè)置空隙并引入磁屏蔽片,有效減少了外界雜散磁場的干擾,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。并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。
[0065]在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上,本實(shí)施例巨磁阻效應(yīng)電流傳感器由五部分模塊組成,如圖7所示。圖7為本實(shí)用新型實(shí)施例二提供的巨磁阻效應(yīng)電流傳感器的組成模塊框圖。參考圖1和圖7,本實(shí)施例中閉環(huán)巨磁阻效應(yīng)電流傳感器的組成框圖包含電磁轉(zhuǎn)換模塊1、偏置模塊4、信號處理模塊2、反饋補(bǔ)償模塊5和電源模塊3五部分,五部分模塊組成回路閉環(huán)系統(tǒng)。被測電流通過電磁裝換模塊I輸出電壓信號。偏置模塊4為巨磁阻芯片14提供恒定偏置磁場,以實(shí)現(xiàn)測量交流電流及改善磁滯誤差的目的。信號處理模塊2將巨磁阻芯14輸出電壓信號去除偏置磁場產(chǎn)生的偏置電壓,并對輸出信號進(jìn)行放大處理。反饋補(bǔ)償模塊5將放大后的電壓信號通過反饋繞組51及采樣電阻52進(jìn)行接地,構(gòu)成反饋電流,當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到零磁通狀態(tài)后,通過反饋電流信號即可間接測得原邊被測電流信號。電源模塊3用來為整個(gè)電流傳感器提供電源。
[0066]具體過程為:原邊繞組13穿過環(huán)形磁芯11,流過原邊繞組13的電流產(chǎn)生的磁場被環(huán)形磁芯11及磁屏蔽片12聚集后,作用于巨磁阻芯片14。巨磁阻芯片14在感應(yīng)到磁場作用后,將會有電壓信號輸出,該輸出的電壓信號送入運(yùn)算放大器21,運(yùn)算放大器21與推挽式功率放大器23連接,上述輸出的電壓信號經(jīng)過運(yùn)算放大器21和推挽式功率放大器23進(jìn)行放大之后,通過反饋繞組51和采樣電阻52接地,形成反饋電流,該反饋電流經(jīng)過反饋繞組51產(chǎn)生反饋磁場。由于反饋繞組51產(chǎn)生的磁場與原邊繞組13電流產(chǎn)生的磁場方向相反,因而減弱了氣隙處磁場,使巨磁阻芯片輸出逐漸減小,當(dāng)兩線圈產(chǎn)生的磁場大小相等時(shí),反饋電流不再增大,整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。設(shè)Np為原邊繞組13的線圈匝數(shù),Ip為原邊電流,Nf為反饋繞組51的線圈匝數(shù),If為反饋電流,有NpIp = NfIf。因此通過測量反饋繞組中的電流If即可間接得出被測電流Ip,其中If可通過采樣電阻上的電壓來得到。
[0067]注意,上述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例及所運(yùn)用技術(shù)原理。本領(lǐng)域技術(shù)人員會理解,本實(shí)用新型不限于這里所述的特定實(shí)施例,對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說能夠進(jìn)行各種明顯的變化、重新調(diào)整和替代而不會脫離本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。因此,雖然通過以上實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)行了較為詳細(xì)的說明,但是本實(shí)用新型不僅僅限于以上實(shí)施例,在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的情況下,還可以包括更多其他等效實(shí)施例,而本實(shí)用新型的范圍由所附的權(quán)利要求范圍決定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種巨磁阻效應(yīng)電流傳感器,其特征在于,包括: 電磁轉(zhuǎn)換模塊,包括環(huán)形磁芯,穿過環(huán)形磁芯的原邊繞組以及巨磁阻芯片; 偏置模塊,包括偏置電流源和纏繞在磁芯上的偏置繞組,所述偏置繞組的兩端連接所述偏置電流源; 信號處理模塊,包括運(yùn)算放大器和參考電壓產(chǎn)生電路,所述參考電壓產(chǎn)生電路用于產(chǎn)生設(shè)定大小的直流電壓,所述運(yùn)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(gè)輸出端相連,所述參考電壓產(chǎn)生電路的輸出端連接在所述運(yùn)算放大器的同相輸入端; 電源模塊,與所述電磁轉(zhuǎn)換模塊和所述信號處理模塊相連,用于為所述巨磁阻效應(yīng)電流傳感器提供電源。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流傳感器,其特征在于,所述運(yùn)算放大器為差分運(yùn)算放大器; 所述巨磁阻芯片的正輸出端與所述運(yùn)算放大器的同相輸入端相連,所述巨磁阻芯片的負(fù)輸出端與所述運(yùn)算放大器的反相輸入端相連; 所述參考電壓產(chǎn)生電路的輸出電壓與所述偏置繞組在所述巨磁阻芯片上產(chǎn)生的偏置電壓相等。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流傳感器,其特征在于,所述信號處理模塊還包括:推挽式功率放大器,所述推挽式功率放大器的輸入端與所述運(yùn)算放大器的輸出端連接。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電流傳感器,其特征在于,還包括: 反饋補(bǔ)償模塊,包括纏繞在所述磁芯上的反饋繞組和一采樣電阻,所述反饋繞組的一端連接所述推挽式功率放大器的輸出端,另一端串聯(lián)所述采樣電阻接地。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電流傳感器,其特征在于,所述電源模塊包括電源產(chǎn)生電路; 所述電源產(chǎn)生電路用于根據(jù)供電電壓分別為所述巨磁阻芯片、所述參考電壓產(chǎn)生電路、所述運(yùn)算放大器和所述推挽式功率放大器產(chǎn)生相適應(yīng)的工作電壓。6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的電流傳感器,其特征在于,所述磁芯上帶有氣隙; 所述電磁轉(zhuǎn)換模塊還包括:放置于所述磁芯氣隙兩端的兩個(gè)磁屏蔽片。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電流傳感器,其特征在于,所述巨磁阻芯片放置于所述磁芯的氣隙處。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電流傳感器,其特征在于,所述巨磁阻芯片的敏感軸方向與所述磁芯的氣隙高度方向相一致。9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電流傳感器,其特征在于,所述磁屏蔽片的面積大于等于所述巨磁阻芯片各側(cè)面中與所述磁屏蔽片相鄰的側(cè)面的面積。10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電流傳感器,其特征在于,所述磁芯及所述磁屏蔽片的材料為坡莫合金材料。
【專利摘要】本實(shí)用新型實(shí)施例公開了一種巨磁阻效應(yīng)電流傳感器,包括:電磁轉(zhuǎn)換模塊,包括環(huán)形磁芯,穿過環(huán)形磁芯的原邊繞組和巨磁阻芯片;偏置模塊,包括偏置電流源和纏繞在磁芯上的偏置繞組,偏置繞組的兩端連接偏置電流源;信號處理模塊,包括運(yùn)算放大器和參考電壓產(chǎn)生電路,參考電壓產(chǎn)生電路用于產(chǎn)生設(shè)定大小的直流電壓,運(yùn)算放大器的兩個(gè)輸入端分別與巨磁阻芯片的兩個(gè)輸出端相連,參考電壓產(chǎn)生電路的輸出端連接在運(yùn)算放大器的同相輸入端;電源模塊,與電磁轉(zhuǎn)換模塊和信號處理模塊相連,以提供電源。本實(shí)用新型解決了巨磁阻芯片為單極性輸出特性,不能測量交流電,同時(shí)當(dāng)被測磁場為較弱磁場時(shí),巨磁阻芯片具有磁滯效應(yīng),引起較大的輸出誤差的問題。
【IPC分類】G01R19/00
【公開號】CN205210163
【申請?zhí)枴緾N201520955913
【發(fā)明人】解存福, 張海寶, 張磊, 孫功
【申請人】天津航空機(jī)電有限公司
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2015年11月25日
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