一种基于磁分流结构的大量程电流传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于磁分流结构的大量程电流传感器，包括印制电路板、磁环、分流结构、四个运算放大器、多通道ADC、MCU和显示屏，印制电路板上设置有磁芯安装槽，磁环固定水平镶嵌在磁芯安装槽内，磁环上开设有磁环间隙，分流结构设置在磁环间隙内，分流结构包括非磁性材料制成的两个固定架，磁通引导器和四个个相同的磁传感器芯片，利用分流结构将磁环间隙处产生漏磁进行磁分流处理,使得放置在磁通引导器左右两侧的四个相同的磁传感器芯片检测的磁场大大降低，实现大电流检测的功能；本发明专利技术利用磁路分流代替传统的线圈式测量大电流的办法，减少线圈驱动的能耗，有效地解决了现有大电流传感器大功耗的问题。

A Large Range Current Sensor Based on Magnetic Shunt Structure

【技术实现步骤摘要】
一种基于磁分流结构的大量程电流传感器
本专利技术涉及电流传感器
，具体为一种基于磁分流结构的大量程电流传感器。
技术介绍
电流传感器一般应用于电流的实际测量和保护系统中如：光伏、风电、冶金、电力、油田、智能电网、铁路机车、电源、航天、军工、配网自动换、轮船、民用农田灌溉、矿井、物联网等等很多行业，电流传感器作为主要的检测元件，在其中起到至关重要的作用。电流传感器测量电流原理是，被测导线穿过磁环，通电导线的周围产生磁场，磁环的作用是把磁场聚集起来。磁环上的气隙用来嵌传感器芯片，传感器的工作电压由外部电路提供，传感器把磁场信号转换为电压信号输出到外部放大电路以及信号处理电路。磁场强度与被测电流的大小成正比，传感器输出电压与磁场强度成线性关系。故传感器的输出电压与被测电流成正比。目前磁传感器灵敏度很高，能够检测环境中很小的磁场，包括地磁场和一些比较弱的磁场，这些干扰的存在会产生一个零点漂移，会影响测量结果，后续的处理电路主要是用来减小这些误差。在测量一些微弱的电流，可以多匝测量的方式来减小测量误差，开环巨磁阻传感器的测量范围取决于巨磁阻的线性工作区域。目前的大电流传感器在智能电网、发电站及众多大功率工业有着重要的应用。现有的的大电流传感器通常采用互感技术，电流变换技术或电流分流技术等，尽管达到了大电流测量的目的，但是多组线圈的驱动造成极大的功耗。例如公开号为CN101650383A，名称为一种大电流传感器的专利技术专利，该专利技术亦是利用两级线圈方式获得大电流的测量。但是线圈功耗问题难以解决。
技术实现思路
为了克服现有技术方案的不足,本专利技术提供一种基于磁分流结构的大量程电流传感器，能有效的解决
技术介绍
提出的问题。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于磁分流结构的大量程电流传感器，包括印制电路板、磁环、分流结构、四个运算放大器、多通道ADC、MCU和显示屏。所述印制电路板上设置有磁芯安装槽，所述磁环固定水平镶嵌在磁芯安装槽内，所述磁环上开设有磁环间隙，所述分流结构设置在磁环间隙内；所述分流结构包括非磁性材料制成的两个固定架，磁通引导器和四个个相同的磁传感器芯片。所述固定架连接在磁环开口内壁上，所述磁通引导器为长条四棱柱形，且设置在两固定架之间，磁通引导器与所述固定架组成“工”字形结构，四个所述磁传感器芯片分成两组对称设置在磁通引导器的左右两侧，靠近磁环间隙上表面位置的两个磁传感器芯片与靠近磁环间隙下表面位置的两个磁传感器芯片关于磁通引导器水平中轴线上下对称。四个所述磁传感器芯片输出端均连接在所述运算放大器的输入端上，四个所述运算放大器共同连接在多通道ADC输入端，多通道ADC输出端输出的数字信号经所述MCU进行数字处理，处理后的信号通往所述显示屏显示输出。进一步地，所述固定架采用耐热塑料或铝制成。进一步地，所述磁传感器芯片采用自旋阀巨磁阻传感芯片、磁隧道结传感芯片、各向异性磁传感芯片或磁通门传感芯片。进一步地，所述磁通引导器采用硅钢或非晶纳米晶材料制成。进一步地，所述磁环采用圆形磁环或者方形磁环，磁环由硅钢、非晶纳米晶或坡莫合金材料制成。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术通过利用分流结构将磁环间隙处产生漏磁进行磁分流处理,使得放置在磁通引导器左右两侧的四个相同的磁传感器芯片检测的磁场大大降低，实现大电流检测的功能；分流结构设置在磁环间隙内，有效减少环境磁场对分流结构中传感器的影响；本专利技术利用磁路分流代替传统的线圈式测量大电流的办法，减少线圈驱动的能耗，有效地解决了现有大电流传感器大功耗的问题。附图说明图1为本专利技术整体系统示意图；图2为本专利技术分流结构的放大结构示意图；图3为本专利技术中分流结构对磁环间隙处磁场分流的原理示意图。图中标号：1-印制电路板；2-磁环；3-分流结构；4-运算放大器；101-磁芯安装槽；201-磁环间隙；301-固定架；302-磁通引导器；303-磁传感器芯片。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例如图1所示，本专利技术提供了一种基于磁分流结构的大量程电流传感器包括印制电路板1、磁环2、分流结构3、四个运算放大器4、多通道ADC、MCU和显示屏；所述印制电路板1上设置有磁芯安装槽101，所述磁环2固定水平镶嵌在磁芯安装槽101内，所述磁环2上开设有磁环间隙201，所述分流结构3设置在磁环间隙201内；所述磁环2采用圆形磁环或者方形磁环，磁环由硅钢、非晶纳米晶或坡莫合金材料制成。如图2所示，所述分流结构3包括非磁性材料制成的两个固定架301，磁通引导器302和四个个相同的磁传感器芯片303；所述固定架301连接在磁环2开口内壁上，所述磁通引导器302为长条四棱柱形，且设置在两固定架301之间，磁通引导器302与所述固定架301组成“工”字形结构，四个所述磁传感器芯片303分成两组对称设置在磁通引导器302的左右两侧，靠近磁环间隙201上表面位置的两个磁传感器芯片303与靠近磁环间隙201下表面位置的两个磁传感器芯片303关于磁通引导器302水平中轴线上下对称；四个所述磁传感器芯片303输出端均连接在所述运算放大器4的输入端上，四个所述运算放大器4共同连接在多通道ADC输入端，多通道ADC输出端输出的数字信号经所述MCU进行数字处理，处理后的信号通往所述显示屏显示输出。本专利技术的具体实施过程是，在磁环2的中心处通入电流，磁环2将导线内的电流聚集在磁环内并在磁环间隙201处产生漏磁，产生的漏磁方向垂直于磁环间隙201的两个相对面。如果通入的电流较大，磁环间隙201处的漏磁强度一般比较强，因此若直接在磁环间隙201处放置磁传感器芯片303，传感芯片很快便会饱和，难以实现大量程电流的测量。因此利用分流结构3将磁环间隙201处产生漏磁进行磁分流处理使得放置在磁通引导器302左右两侧的四个相同的磁传感器芯片303检测的磁场大大降低，实现大电流检测的功能。本专利技术的四个磁传感器芯片303处于磁通引导器302的两侧，且两组磁传感器芯片303关于磁通引导器302对称。本实施例中假设磁环间隙201内的磁场为自下而上的方向，该磁场经过磁通引导器302后形成水平方向的分流磁场，水平方向的分流磁场经磁传感器芯片303检测到后形成传感器电压输出，四个磁传感器芯片303的输出通往多通道ADC进行AD变换，经过AD变换后，磁传感器芯片303的模拟电压输出信号转换成可处理的数字信号，该数字信号由MCU控制的多路平均算法经行处理，处理后的结果在显示屏上显示。所述固定架301采用耐热塑料或铝制成。固定架301采用的非磁性材料有效地将磁通引导器302与磁环2分割开来，避免磁路导通无法实现磁分流的目的。所述磁传感器芯片303采用自旋阀巨磁阻传感芯片、磁隧道结传感芯片、各向异性磁传感芯片或磁通门传感芯片。所述磁通引导器302采用硅钢或非晶纳米晶材料制成。硅钢或非晶纳米晶材料具有较大的磁饱和量程且具有较高的磁导率，能够有效放置磁通引导器302快速饱和，是保证实现测量大量程电流的必要条件。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于磁分流结构的大量程电流传感器，其特征在于：包括印制电路板(1)、磁环(2)、分流结构(3)、四个运算放大器(4)、多通道ADC、MCU和显示屏；所述印制电路板(1)上设置有磁芯安装槽(101)，所述磁环(2)固定水平镶嵌在磁芯安装槽(101)内，所述磁环(2)上开设有磁环间隙(201)，所述分流结构(3)设置在磁环间隙(201)内；所述分流结构(3)包括非磁性材料制成的两个固定架(301)，磁通引导器(302)和四个个相同的磁传感器芯片(303)；所述固定架(301)连接在磁环(2)开口内壁上，所述磁通引导器(302)为长条四棱柱形，且设置在两固定架(301)之间，磁通引导器(302)与所述固定架(301)组成“工”字形结构，四个所述磁传感器芯片(303)分成两组对称设置在磁通引导器(302)的左右两侧，靠近磁环间隙(201)上表面位置的两个磁传感器芯片(303)与靠近磁环间隙(201)下表面位置的两个磁传感器芯片(303)关于磁通引导器(302)水平中轴线上下对称；四个所述磁传感器芯片(303)输出端均连接在所述运算放大器(4)的输入端上，四个所述运算放大器(4)共同连接在多通道ADC输入端，多通道ADC输出端输出的数字信号经所述MCU进行数字处理，处理后的信号通往所述显示屏显示输出。...

【技术特征摘要】
1.一种基于磁分流结构的大量程电流传感器，其特征在于：包括印制电路板(1)、磁环(2)、分流结构(3)、四个运算放大器(4)、多通道ADC、MCU和显示屏；所述印制电路板(1)上设置有磁芯安装槽(101)，所述磁环(2)固定水平镶嵌在磁芯安装槽(101)内，所述磁环(2)上开设有磁环间隙(201)，所述分流结构(3)设置在磁环间隙(201)内；所述分流结构(3)包括非磁性材料制成的两个固定架(301)，磁通引导器(302)和四个个相同的磁传感器芯片(303)；所述固定架(301)连接在磁环(2)开口内壁上，所述磁通引导器(302)为长条四棱柱形，且设置在两固定架(301)之间，磁通引导器(302)与所述固定架(301)组成“工”字形结构，四个所述磁传感器芯片(303)分成两组对称设置在磁通引导器(302)的左右两侧，靠近磁环间隙(201)上表面位置的两个磁传感器芯片(303)与靠近磁环间隙(201)下表面位置的两个磁传感器芯片(303)...

【专利技术属性】
技术研发人员：李婉婉，王志强，唐兴浩，康洁，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33