电流和磁场传感器及所述传感器的控制方法和磁芯技术

本发明专利技术涉及一种磁场传感器，该磁场传感器包括至少一个磁芯（１０），其中该磁芯的磁循环的特点是：相对于磁场的磁通量密度的三阶导数的绝对值对于零磁场是最大的。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电流和磁场传感器及所述传感器的控制方法和磁芯本专利技术涉及磁场和电流传感器、这些传感器的控制方法和磁芯。磁场传感器在工业中有多种应用。例如，它们用于在汽车或者航空方 面进行电流的测量。磁场传感器经常使用磁芯将磁通量集中在换能器上，以^it大信号。制造磁芯的磁材料通常引入不期望有的、磁滞类型的非线性，该非线 性干扰所述测量，且要求通过传统的磁通量反馈技术进行零磁场操作。某些磁芯也用作磁场换能器或者调制器。这些磁芯因此必须呈现强的 非线性，这通过根据磁场而改变的相对磁导率来^。传统上用于制造这 些磁芯的材料是软磁性合金。为了控制磁滞问题，使用定向的纳米晶体条 类型的各向同性的合金(例如mu-metals )或者各向异性的合金。不论 何种材料，均使用或多或少使材料饱和的励磁磁场。具体地，磁材料的饱 和在这些材料的磁循环B(H)中建立有效的拐点。这个拐点是用于调制磁 场的非线性。更精确而言，要测量的外部磁场的存在会提高饱和度，因此 会产生将被检测到的谐波。也可以说，使用外部磁场对励^^磁场进行调制。因此，存在这样的磁场传感器，其具有-至少一个磁芯，该磁芯能够根据要测量的磁场的振幅来调制励磁磁 场的振幅，这个磁芯呈现根据在操作范围中，其中， 在所述操作范围[H幽；H鹏xl中，磁芯从不饱和；一磁芯^顺磁性的磁芯；-所述电子电路包括至少一个换能器，所述换能器适于将在磁芯中感 应的磁场转换为电压或者电流，为了这个目的，该换能器包括敏感表面， 该表面意欲被暴露于所感应的磁场的磁通量，并且所逸磁芯被设计成将要 测量的磁场的磁通量集中在这个敏感表面上；-所述换能器嵌入在磁芯中；-所述电子电路包括能够产生励磁磁场的至少一个励磁绕组，该励磁 绕组或者励磁绕组中的每个励磁绕组嵌入在磁芯内；—所i^磁芯包括-磁体，其中，建立适合于容纳电导体的腔，所述电导体辐射要测 量的磁场；一磁扣，该磁扣可在打开位置和闭合位置之间移置，处于该打开位 置时所述导体可被引入所述腔内，而处于该闭合位置时所述导体被保持在 腔内，及-闭合机构，该^J适合于将所述扣保持在其闭合位置，其在一侧 上与所述扣为一体，并且在另一侧上与磁体为一体；-在磁芯中形成通腔和到这个腔的iiX通道，所述腔能够容纳用以辐 射要测量的磁场的电导体，所述进入通道在没有外部负载的情况下足够 窄，以将所述导体保持在所述腔内，并且在外力的作用下，所逸磁芯可弹 性地变形，以便允许当所述导体已经完全被引入所述腔内时通过可逆的弹性变形来扩大所述通道；-超顺磁性的磁芯由固体M形成，在所i^^质中散布超顺磁性的粒子，所述粒子相隔足够远，以使所述磁芯A^顺磁性的；—超顺磁性的粒子占包含所#子的基质的体积的至少5%; 一所述基质是塑料；-所述电子电路能够提取为励v^磁场的频率的一倍或多倍的、所感应 的磁场的谐波的一个或多个谐波的振幅。这些被提取的振幅表示要测量的 磁场。所逸磁场传感器的这些实施例还呈现下面的优点-防止磁芯饱和这一事实保证了磁芯永久地实现磁场集中功能，并且 容许换能器工作在其线性响应区域中；-虽然未呈现任何磁滞，且即使在磁场比饱和磁场小得多时，超顺磁 性的磁芯的磁属性也是高度非线性的；-与由定向的纳米晶体条构成的磁芯相比，超顺磁性的磁芯的磁属性 对M变形不敏感，因而《更于制造；一将所it^通量集中在换能器的敏感表面上改善了传感器的敏感度，-将换能器嵌入磁芯中使得可以将这个换能器与外部的伪磁场相隔 离，并且保护该换能器；-将励磁绕组嵌入磁芯中保护这个绕组，并且限制在超顺磁性的磁芯 外部辐射的励磁磁场的有效性；-使闭合机构与磁芯一体化降低了制造成本，并且限制了磁场传感器 的数量；-提供弹性可变形的磁芯使得能够避免对铰链的利用，以便允许在穿 ，芯的腔内引入电导体；一将多于体积5%的超顺磁性的粒子引入基质中改善了磁芯的磁特 性，从而改善了传感器的性能；-使用塑料材料的基质便利了超顺磁性的磁芯的制造，并且减轻了其 重量。本专利技术还涉及一种适于在上述的磁场传感器中实施的磁芯。本专利技术还涉及一种电流传感器，该电流传感器包括-上述的磁场传感器，用于测量由电导体辐射的磁场，这个传感器能 够提供用于表示所辐射的磁场的值，以及-计算器，适于根据用于表示所辐射的磁场的值来确定电流强度。 本专利技术还涉及一种用于控制上述的磁场传感器的方法，该方法包括下下列步骤产生励磁磁场和/或反馈磁场，所逸磁场适于将在磁芯中感应 的磁场的振幅永久地保持在位于O周围的操作范围[Hmin; H皿中，在这 个操作范围中，磁芯从不饱和。通过阅读下文的说明将更好地理解本专利技术，下文的说明是通过参考附 图仅以示例的方式给出的。在附图中图l是包含磁场传感器的电流传感器的结构的示意图，图2是附图说明图1的传感器的超顺磁性的磁芯的第一实施例的透视图，图3A是示出根据在图2中的磁芯中感应的磁场(F)而演变的磁感 应(百)的图，图3B是示出根据在图2中的磁芯中感应的磁场(F )而演变的磁感 应(及)的二阶导数的图，图3C是示出根据在图2中的磁芯中感应的磁场而演变的该磁芯的相 对磁导率的图，图4是对图1的传感器进行的方法的流程图，图5是示出超顺磁性的磁芯的第二实施例的图，图6示出使用磁场传感器的电流传感器的另一个实施例。图l示出电导体4内流动的电流的传感器2。该传感器2包括由导体 4辐射的磁场Hm的传感器6和计算器8,所述计算器8适于根据由传感 器6测量的磁场而确定在导体4内流动的电流强度。传感器2例如是安培计钳(ammeter clamp )。传感器6配备有磁芯10和固定于磁芯10的电子电路12。磁芯10最 好M顺磁性的磁芯。磁芯10以使磁场测量与导体4位置无关的方式来围绕导体4。为此， 磁芯10由超顺磁性磁体13 (图2 )和超顺磁性的扣16形成，在所述超顺 磁性磁体13中，形成用于容纳导体4的腔14。扣16可在打开位置和闭 合位置之间移置，当扣16处于所述打开位置时，导体4可以被引入到腔 14中，而当处于所述闭合位置时，导体4被保持在腔14中。在此，所述磁体13由"U"形的超顺磁性的腹板(web) 18形成，该U形显示两个垂直的分支18A和18B。同样，扣16由超顺磁性的支架19形成。所述扣16在处于闭合位置 时将腹板18的自由端磁^^到支架19的自由端，以^更形成围绕腔14的 超顺磁性的材料的闭合回路。腹板18和支架19是由相同的超顺磁性的材料形成的。为了筒化，图1仅示出了腹板18和支架19。磁芯10的其他细节参见图2在下文说明。超顺磁性的磁芯呈现磁循环B(H)，图3A示出了其一个典型示例。在 图3A中，横坐标轴表示以安培每米为单位的磁场H，纵坐标轴表示以特 斯拉(Tesla)为单位的磁感应。图3B表示根据磁场H而演变的磁感应B的二阶导数。这个二阶导 数呈现几乎线性的且高度倾斜的斜坡23 (由椭圃围绕)。这个斜坡23的 中心在磁场H的0值上，并且位于边界Hmin和Hmax之间。图3C给出了根据在磁芯10中感应的磁场而变化的相对磁导率的一个典型示例。这些变化在边界Hmin和H咖x之间是非线性的，并且更精确而言^j抛物线状的。超顺磁性的材料由下述事实来表征1) 其不呈现任何剩磁效应，因此当磁场H为0时，磁感应B为0或 者几乎为0。2) 其不呈现任何本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁场传感器，包括：－至少一个磁芯（１０；５６；６２），其能够根据要测量的磁场的振幅来调制励磁磁场的振幅，该磁芯呈现根据在操作范围［Ｈ↓［ｍｉｎ］；Ｈ↓［ｍａｘ］］中没有磁滞的磁场的磁感应的磁循环；以及－电子电路，其被连接到所述磁芯，并且能够测量在所述磁芯中感应的磁场，所感应的磁场是从所述要测量的磁场和所述励磁磁场的组合而产生的，其中，所述磁芯的磁循环的特征在于：相对于所述磁场的磁感应的三阶导数的绝对值对于零磁场是最大的。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕克吕西安玛丽朗格莱，
申请(专利权)人：比兰科公司，
类型：发明
国别省市：FR[法国]