一种基于TMR隧道磁阻器件的电流传感器装置及测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于TMR隧道磁阻器件的电流传感器装置及测量方法，所述装置包括载流导线、TMR传感器、信号调理单元、温度传感器；所述载流导线用于与被测电流端口进行连接，以接入被测电流；所述TMR传感器用于通过TMR隧道磁阻元件感应所述载流导线磁信号，将所述磁信号转化为电信号；所述信号调理单元用于对所述TMR传感器输出的电信号按预设规则进行信号预处理；所述温度传感器用于测量所述TMR传感器的工作温度；所述控制单元用于接收所述信号调理单元预处理后的电信号，并将所述电信号通过预设规则转化为对应的电流信号；所述控制单元根据所述工作温度以及预设的补偿模型对所述电流信号进行补偿；最终输出所述电流信号。

A Current Sensor Device Based on TMR Tunnel Magnetoresistance Device and Its Measurement Method

【技术实现步骤摘要】
一种基于TMR隧道磁阻器件的电流传感器装置及测量方法
本专利技术涉及传感器
，更具体地，涉及一种基于TMR隧道磁阻器件的电流传感器装置及测量方法。
技术介绍
磁传感器广泛用于现代工业和电子产品中以感应磁场强度来测量电流、位置、方向等物理参数。在现有技术中，有许多不同类型的传感器用于测量磁场和其他参数，例如采用霍尔(Hall)元件，各向异性磁电阻(AnisotropicMagnetoresistance,AMR)元件或巨磁电阻(GiantMagnetoresistance,GMR)元件为敏感元件的磁传感器。得到广泛使用的霍尔电流传感器分为开环式霍尔电流传感器(直放式霍尔电流传感器)和闭环式霍尔电流传感器(零磁通霍尔电流传感器)。开环式霍尔电流传感器由磁芯、霍尔元件和放大电路构成。磁芯有一开口气隙，霍尔元件放置于气隙处。当原边导体流过电流时，在导体周围产生磁场强度与电流大小成正比的磁场，磁芯将磁力线集聚至气隙处，霍尔元件输出与气隙处磁感应强度成正比的电压信号，放大电路将该信号放大输出。闭环式霍尔电流传感器包括磁芯、霍尔元件、放大电路和副边补偿绕组。放大电路接受霍尔元件的输出，并放大为电流信号提供给副边补偿绕组，副边补偿绕组在磁芯中产生的磁场与原边电流产生的磁场在气隙处大小相等，方向相反，抵消原边磁场，形成负反馈闭环控制电路。宏观上讲，气隙处将一直维持零磁通，保持磁平衡。霍尔传感器无论是开环式的还是闭环式的，为了提高传感器的测量精度，减少外部磁场干扰，一般都需要使用磁芯来聚集磁力线至气隙处。由于使用了磁芯，使得采用霍尔器件的电流传感器体积较大，笨重。而且对于闭环式霍尔传感器，由于增加了副边补偿绕组，传感器的功耗比开环式霍尔传感器要大很多。
技术实现思路
为了解决
技术介绍
存在的现有的用于测量的磁传感器装置提及较大且功耗较高问题，本专利技术提供了一种基于TMR隧道磁阻器件的电流传感器装置及测量方法，所述电流传感器装置及测量方法通过TMR传感器对待测电流进行感应，并根据温度传感器测量的温度对测量结果进行校准；所述一种基于TMR隧道磁阻器件的电流传感器装置包括：载流导线，所述载流导线用于与被测电流端口进行连接，以接入被测电流；所述载流导线固定在与所述TMR传感器呈预设距离的位置上；TMR传感器，所述TMR传感器用于通过TMR隧道磁阻元件感应所述载流导线磁信号，将所述磁信号转化为电信号，并将所述电信号传输至信号调理单元；所述电信号包括电压信号以及电阻信号；信号调理单元，所述信号调理单元用于对所述TMR传感器输出的电信号按预设规则进行信号预处理，并将所述预处理后的电信号发送至控制单元；温度传感器，所述温度传感器用于测量所述TMR传感器的工作温度，并将所述工作温度实时发送至所述控制单元；控制单元，所述控制单元用于接收所述信号调理单元预处理后的电信号，并将所述电信号通过预设规则转化为对应的电流信号；所述控制单元根据所述工作温度以及预设的补偿模型对所述电流信号进行补偿；最终输出所述电流信号；所述补偿包括温度补偿以及线性补偿。进一步的，所述补偿模型根据历史的多组温度补偿数据以及系统非线性补偿数据通过机器学习算法预先进行模型的建立。进一步的，所述装置还包括标准时钟单元，所述标准时钟单元用于给所述控制单元、所述温度传感器以及TMR传感器提供标准时钟；所述控制单元根据所述标准时钟对温度传感器传送的工作温度以及所述TMR传感器传送的电信号进行一一匹配。进一步的，所述装置还包括电源单元；所述电源单元用于对所述信号调理单元、温度传感器以及控制单元进行供电，并向所述TMR传感器提供可调节的激励电源。进一步的，所述载流导线与所述TMR传感器间的预设距离为可调的，根据所述待测电流的目标量程调节至对应标记位置。进一步的，所述控制单元用于通过查询预设的电信号与电流信号转换列表，获得对应该电信号的电流信号。进一步的，所述控制单元包括输出接口，所述输出接口包括IIC接口以及SPI接口，所述输出接口用于输出所述测量的电流信号。所述一种基于TMR隧道磁阻器件的电流传感器测量方法包括：将载流导线与被测电流端口进行连接，接入被测电流；通过设置在所述载流导线固定距离的TMR传感器感应所述载流导线的磁信号，并将所述磁信号转化为电信号；对所述电信号进行信号预处理，并将处理后的电信号通过预设规则转化为对应的电流信号；通过温度传感器测量所述TMR传感器的工作温度，根据所述工作温度以及预设的补偿模型对所述电流信号进行补偿；所述补偿包括温度补偿以及线性补偿；输出补偿后的电流信号。进一步的，所述补偿模型根据历史的多组温度补偿数据以及系统非线性补偿数据通过机器学习算法预先进行模型的建立。进一步的，对所述温度传感器以及所述TMR传感器提供标准时钟；在进行补偿前，根据所述标准时钟对温度传感器传送的工作温度以及所述TMR传感器传送的电信号进行一一匹配。进一步的，所述载流导线与所述TMR传感器间的预设距离为可调的，根据所述待测电流的目标量程调节至对应标记位置。进一步的，所述将处理后的电信号通过预设规则转化为对应的电流信号，包括：通过查询预设的电信号与电流信号转换列表，获得对应该电信号的电流信号。本专利技术的有益效果为：本专利技术的技术方案，给出了一种基于TMR隧道磁阻器件的电流传感器装置及测量方法；所述电流传感器装置及测量方法通过TMR传感器实现待测电流的感应和测量，1.采用TMR隧道磁阻器件感应被测电流磁场，灵敏度高，器件采用差分输出信号，对共模干扰信号不敏感，抗干扰能力强；所述电流传感器装置及测量方法无需采用磁芯和副边补偿绕组，解决了现有的用于测量的磁传感器装置提及较大且功耗较高问题；所述电流传感器装置及测量方法通过对TMR传感器工作温度的监控，自动的对初始的测量数据进行温度补偿和线性补偿；温漂性能有了很大的提升，可确保在极寒、炎热地区的电流测量的准确度。附图说明通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本专利技术的示例性实施方式：图1为本专利技术具体实施方式的一种基于TMR隧道磁阻器件的电流传感器装置的结构图；图2为本专利技术具体实施方式的一种基于TMR隧道磁阻器件的电流传感器测量方法的流程图。具体实施方式现在参考附图介绍本专利技术的示例性实施方式，然而，本专利技术可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本专利技术，并且向所属
的技术人员充分传达本专利技术的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本专利技术的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属
的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。图1为本专利技术具体实施方式的一种基于TMR隧道磁阻器件的电流传感器装置的结构图；如图1所示，所述电流传感器装置包括：载流导线110，所述载流导线110用于与被测电流端口进行连接，以接入被测电流；所述载流导线110固定在与所述TMR传感器呈预设距离的位置上；本实施例中，所述载流导线110以预设方式接入被测电流对应的电路中，使所述被测电流流入所述载流导线110；所述载流导本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于TMR隧道磁阻器件的电流传感器装置，所述装置包括：载流导线，所述载流导线用于与被测电流端口进行连接，以接入被测电流；所述载流导线固定在与所述TMR传感器呈预设距离的位置上；TMR传感器，所述TMR传感器用于通过TMR隧道磁阻元件感应所述载流导线磁信号，将所述磁信号转化为电信号，并将所述电信号传输至信号调理单元；所述电信号包括电压信号以及电阻信号；信号调理单元，所述信号调理单元用于对所述TMR传感器输出的电信号按预设规则进行信号预处理，并将所述预处理后的电信号发送至控制单元；温度传感器，所述温度传感器用于测量所述TMR传感器的工作温度，并将所述工作温度实时发送至所述控制单元；控制单元，所述控制单元用于接收所述信号调理单元预处理后的电信号，并将所述电信号通过预设规则转化为对应的电流信号；所述控制单元根据所述工作温度以及预设的补偿模型对所述电流信号进行补偿；最终输出所述电流信号；所述补偿包括温度补偿以及线性补偿。

【技术特征摘要】
1.一种基于TMR隧道磁阻器件的电流传感器装置，所述装置包括：载流导线，所述载流导线用于与被测电流端口进行连接，以接入被测电流；所述载流导线固定在与所述TMR传感器呈预设距离的位置上；TMR传感器，所述TMR传感器用于通过TMR隧道磁阻元件感应所述载流导线磁信号，将所述磁信号转化为电信号，并将所述电信号传输至信号调理单元；所述电信号包括电压信号以及电阻信号；信号调理单元，所述信号调理单元用于对所述TMR传感器输出的电信号按预设规则进行信号预处理，并将所述预处理后的电信号发送至控制单元；温度传感器，所述温度传感器用于测量所述TMR传感器的工作温度，并将所述工作温度实时发送至所述控制单元；控制单元，所述控制单元用于接收所述信号调理单元预处理后的电信号，并将所述电信号通过预设规则转化为对应的电流信号；所述控制单元根据所述工作温度以及预设的补偿模型对所述电流信号进行补偿；最终输出所述电流信号；所述补偿包括温度补偿以及线性补偿。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述补偿模型根据历史的多组温度补偿数据以及系统非线性补偿数据通过机器学习算法预先进行模型的建立。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述装置还包括标准时钟单元，所述标准时钟单元用于给所述控制单元、所述温度传感器以及TMR传感器提供标准时钟；所述控制单元根据所述标准时钟对温度传感器传送的工作温度以及所述TMR传感器传送的电信号进行一一匹配。4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述装置还包括电源单元；所述电源单元用于对所述信号调理单元、温度传感器以及控制单元进行供电，并向所述TMR传感器提供可调节的激励电源。5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述载流导线与所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：李求洋，袁翔宇，张蓬鹤，熊素琴，张卫欣，刘崇伟，成达，张保亮，陈思禹，杨巍，王雅涛，秦程林，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院有限公司，国网天津市电力公司，
类型：发明
国别省市：北京,11