一种高精度、闭环式磁阻电流传感器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种高精度、闭环式磁阻电流传感器。本实用新型专利技术包括电磁转换模块、信号调理模块、反馈补偿模块和电源模块。电磁转换模块向信号调理模块输出电压信号，电压信号经信号调理模块放大后进入反馈补偿模块形成反馈电流，产生反馈磁场，当系统达到零磁通状态后，通过测得反馈电流信号可间接测得被测电流信号。电源模块为整个磁阻电流传感器提供电源。本实用新型专利技术不仅可以通过磁芯气隙周围产生的两组均匀场相抵消从而有效的消除干扰磁场，使测量结果更准确，还能使磁电阻芯片在安置过程中更方便；同时解决了耗能状态时间多的问题同时具有较快的响应速度。

【技术实现步骤摘要】
一种高精度、闭环式磁阻电流传感器
本技术属于传感器
，具体涉及一种高精度、闭环式磁阻电流传感器。
技术介绍
随着电力电子技术的发展，高性能紧凑型电流传感器的需求逐渐增大。传统的电流检测方法包括分流器、电流互感器、罗氏线圈、霍尔传感器；新型检测技术包括磁通门传感器、磁阻传感器和光纤传感器。其中分流器测量方法不能实现电隔离，且功耗较高；电流互感器只能进行交流电流的测量，磁芯容易受饱和的影响，测量频率较低，体积较大，价格昂贵；霍尔电流传感器能够检测较大量程的电流，测量精度在0.5％和2％之间，但是其测量精度受环境温度和外界磁场影响较大，这就限制了其应用范围；罗氏线圈测量频率范围较大，但不可测量直流，且价格昂贵。光纤电流传感器体积小，重量轻，不存在磁饱和影响，抗电磁干扰性能好，但其结构复杂，造价昂贵。磁通门传感器是利用高导磁率磁芯在交变磁场的饱和激励下，其磁感应强度与磁场强度之间的非线性关系来间接测量被测磁场的一种传感器。磁通门传感器具有分辨率高，低温漂，低零漂等优点，但其信号处理电路比较繁琐，主要用于直流弱磁场的测量。与上述电流传感器相比，磁阻电流传感器具有高带宽、高灵敏度、低功耗、可靠性好和体积小等优点。它达到了电流传感器未来发展趋势的要求，在未来的检测技术中磁阻电流传感器将会应用越来越广泛，发挥它本身的优越性。然而传感器在测量磁场时，地磁噪声或其他环境磁场噪声常常会给测量造成误差。现有磁阻电流传感器常用消除噪声的方法是给传感器加偏置磁场，这种方法虽然也能抵消干扰但效果不优，而且通常采用的测量装置是将磁电阻芯片放置在气隙中心处，但这种安置方式在实施过程中不容易实现。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种高精度、闭环式磁阻电流传感器。本技术包括电磁转换模块、信号调理模块、反馈补偿模块和电源模块。所述的电磁转换模块包括环形开气隙磁芯、电缆和磁电阻芯片，信号调理模块包括运算放大器和推挽功率放大器，反馈补偿模块包括反馈线圈和采样电阻。电磁转换模块向信号调理模块输出电压信号，电压信号经信号调理模块放大后进入反馈补偿模块形成反馈电流，产生反馈磁场，当系统达到零磁通状态后，通过测得反馈电流信号可间接测得被测电流信号。电源模块为整个磁阻电流传感器提供电源。所述的环形开气隙磁芯上饶有反馈线圈，反馈线圈下方连接有采样电阻；电缆悬置与环形开气隙磁芯的中心；磁电阻芯片位于环形开气隙磁芯气隙中心外侧，磁电阻芯片的上方设置有电源模块，磁电阻芯片的右端设置有运算放大器，运算放大器的右端设置有推挽功率放大器。所述的反馈线圈的一端连接采样电阻的一端，采样电阻的另一端接地，反馈线圈的另一端与推挽功率放大器的输出端相连，磁电阻芯片的输出端连接运算放大器的输入端，运算放大器的输出端与推挽功率放大器的输入端连接，电源模块分别与磁电阻芯片、运算放大器、推挽功率放大器相连。进一步的，所述的磁电阻芯片的敏感轴方向与环形开气隙磁芯的气隙切边垂直、与漏磁磁力线切线方向平行。所述的磁电阻芯片内部电桥主要由四个磁敏电阻构成，其中第一磁敏电阻R1与第三磁敏电阻R3并排处于同一个离电缆相对较近的位置，而第二磁敏电阻R2与第四磁敏电阻R4相对于第一磁敏电阻R1与第三磁敏电阻R3而言，并排处于同一个离磁源较远的位置。作为优选，所述的环形开气隙磁芯的材质为高磁导率的软磁材料。作为优选，所述的磁敏电阻选用异性磁电阻、巨磁阻电阻或磁隧道结电阻。本技术通过感应环形开气隙磁芯的气隙中心外侧漏磁场所产生的梯度磁场来检测电缆电流并且本技术的磁电阻芯片设置于气隙外侧，不仅可以通过磁芯气隙周围产生的两组均匀场相抵消从而有效的消除干扰磁场，使测量结果更准确，还能使磁电阻芯片在安置过程中更方便。通过采用传感输出响应时间短的磁电阻芯片传感电流，解决了耗能状态时间多的问题同时具有较快的响应速度。附图说明图1为本技术的组成模块框图；图2为本技术的整体结构示意图；图3为图2中磁电阻芯片内部电桥电路图。具体实施方式以下将参照附图，对本技术的优选实施例进行详细的描述。如图1所示，一种高精度、闭环式磁阻电流传感器包括电磁转换模块1、信号调理模块2、反馈补偿模块3和电源模块4。电磁转换模块1、信号调理模块2、反馈补偿模块3组成测量回路闭环系统。电磁转换模块1中电缆通电后，电磁转换模块1向信号调理模块2输出电压信号，电压信号经信号调理模块2放大后进入反馈补偿模块3形成反馈电流，产生反馈磁场，当系统达到零磁通状态后，通过测得反馈电流信号可间接测得被测电流信号。电源模块4为整个磁阻电流传感器提供电源。如图2所示，电磁转换模块1包括环形开气隙磁芯11、电缆12和磁电阻芯片13，信号调理模块2包括运算放大器21和推挽功率放大器22，反馈补偿模块3包括反馈线圈31和采样电阻32。环形开气隙磁芯11上饶有反馈线圈31，反馈线圈31下方连接有采样电阻32；电缆12悬置与环形开气隙磁芯11的中心；磁电阻芯片13位于环形开气隙磁芯11气隙中心外侧，磁电阻芯片13的上方设置有电源模块4，磁电阻芯片13的右端设置有运算放大器21，运算放大器21的右端设置有推挽功率放大器22。反馈线圈31的一端连接采样电阻32的一端，采样电阻32的另一端接地，反馈线圈31的另一端与推挽功率放大器22的输出端相连，磁电阻芯片13的输出端连接运算放大器21的输入端，运算放大器21的输出端与推挽功率放大器22的输入端连接，电源模块4分别与磁电阻芯片13、运算放大器21、推挽功率放大器22相连。环形开气隙磁芯的材质为高磁导率的铁氧体、镍铁等如图3所示，为磁电阻芯片13内部电桥电路示意图；该电桥电路主要由四个磁敏电阻构成，第一磁敏电阻R1的一端与第二磁敏电阻R2的一端连接后接VCC输入电源，第三磁敏电阻R3的一端与第四磁敏电阻R4的一端连接后接地；第一磁敏电阻R1的另一端接第四磁敏电阻R4的另一端后作为一个输出端，第二磁敏电阻R2的另一端接第三磁敏电阻R3的另一端后作为另一输出端。其中第一磁敏电阻R1与第三磁敏电阻R3并排处于同一个离电缆(磁源)相对较近的位置，而第二磁敏电阻R2与第四磁敏电阻R4相对于第一磁敏电阻R1与第三磁敏电阻R3而言，并排处于同一个离磁源较远的位置，这样做是为了确保第一磁敏电阻R1与第三磁敏电阻R3感受到的梯度磁场强度与第二磁敏电阻R2与第四磁敏电阻R4感受到的梯度磁场强度有一个显著的差异，另外第一磁敏电阻R1与第三磁敏电阻R3之间的距离较近，而第一磁敏电阻R1与第二磁敏电阻R2之间的距离较前者相对较远，各磁电阻之间的距离要通过具体工艺再经过模拟仿真得到最佳值。故两对磁敏电阻形成一个按照磁场梯度放置的形式，这样两对梯度放置的磁敏电阻在感受磁场梯度后，磁敏电阻上的阻值就会发生相应改变，进而两个输出端产生一个差分输出Vout。磁敏电阻可为各向异性磁电阻(AMR)、巨磁阻电阻(GMR)、磁隧道结电阻(TMR)等。具体过程为：环形开气隙磁芯11将电缆12电流产生的磁场进行聚集之后，在气隙处产生漏磁，位于气隙中心外侧的两对梯度放置的磁敏电阻感受磁场梯度产生一个差分输出，该输出的电压信号送入运算放大器21，运算放大器21与推挽功率放大器22将上述输出的电压信号放大处理之后，加到采样电阻32上，产本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高精度、闭环式磁阻电流传感器，包括电磁转换模块、信号调理模块、反馈补偿模块和电源模块；其特征在于：所述的电磁转换模块包括环形开气隙磁芯、电缆和磁电阻芯片，信号调理模块包括运算放大器和推挽功率放大器，反馈补偿模块包括反馈线圈和采样电阻；电磁转换模块向信号调理模块输出电压信号，电压信号经信号调理模块放大后进入反馈补偿模块形成反馈电流，产生反馈磁场，当系统达到零磁通状态后，通过测得反馈电流信号可间接测得被测电流信号；电源模块为整个磁阻电流传感器提供电源；所述的环形开气隙磁芯上饶有反馈线圈，反馈线圈下方连接有采样电阻；电缆悬置与环形开气隙磁芯的中心；磁电阻芯片位于环形开气隙磁芯气隙中心外侧，磁电阻芯片的上方设置有电源模块，磁电阻芯片的右端设置有运算放大器，运算放大器的右端设置有推挽功率放大器；所述的反馈线圈的一端连接采样电阻的一端，采样电阻的另一端接地，反馈线圈的另一端与推挽功率放大器的输出端相连，磁电阻芯片的输出端连接运算放大器的输入端，运算放大器的输出端与推挽功率放大器的输入端连接，电源模块分别与磁电阻芯片、运算放大器、推挽功率放大器相连。

【技术特征摘要】
1.一种高精度、闭环式磁阻电流传感器，包括电磁转换模块、信号调理模块、反馈补偿模块和电源模块；其特征在于：所述的电磁转换模块包括环形开气隙磁芯、电缆和磁电阻芯片，信号调理模块包括运算放大器和推挽功率放大器，反馈补偿模块包括反馈线圈和采样电阻；电磁转换模块向信号调理模块输出电压信号，电压信号经信号调理模块放大后进入反馈补偿模块形成反馈电流，产生反馈磁场，当系统达到零磁通状态后，通过测得反馈电流信号可间接测得被测电流信号；电源模块为整个磁阻电流传感器提供电源；所述的环形开气隙磁芯上饶有反馈线圈，反馈线圈下方连接有采样电阻；电缆悬置与环形开气隙磁芯的中心；磁电阻芯片位于环形开气隙磁芯气隙中心外侧，磁电阻芯片的上方设置有电源模块，磁电阻芯片的右端设置有运算放大器，运算放大器的右端设置有推挽功率放大器；所述的反馈线圈的一端连接采样电阻的一端，采样电阻的另一端接地，反馈线圈的另一端与推挽功率放大器的输出端相连，磁电阻芯片的输...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱正洪，白茹，鲍理靖，朱华辰，孙宇澄，
申请(专利权)人：海宁嘉晨汽车电子技术有限公司，
类型：新型
国别省市：浙江,33