本发明专利技术巨磁阻效应电流传感器，涉及用于测量电流的装置，是一种带磁屏蔽壳与偏置线圈的巨磁阻效应电流传感器，其构成包括U型磁屏蔽壳、巨磁阻芯片、偏置线圈绕组、载流导体、PCB板、偏置电流源和信号处理电路，其中，由U型磁屏蔽壳、巨磁阻芯片、偏置线圈绕组、载流导体和PCB板构成巨磁阻效应电流传感器的探头，上述信号处理电路包括偏置磁场发生电路、巨磁阻芯片供电电压转换电路、参考电压产生电路和改进型差分运算放大电路，磁屏蔽壳的存在克服了因巨磁阻对磁场的高度敏感特性使得它们同时易受外界杂散磁场的影响的缺陷，同时又通过偏置线圈绕组提供偏置磁场的方法降低了磁滞误差以及实现对交直流电流的精确测量。
【技术实现步骤摘要】
巨磁阻效应电流传感器
本专利技术的技术方案涉及用于测量电流的装置，具体地说是巨磁阻效应电流传感器。
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、罗氏线圈和霍尔传感器；新型电流检测技术包括磁通门传感器、巨磁阻效应电流传感器和光纤传感器。相比之下，巨磁阻效应电流传感器有其自身突出的优势性能，具有独特的磁感应能力。巨磁阻效应电流传感器具有对施加磁场高灵敏度、高工作带宽范围、温度稳定性极佳、低功耗和小型化等特点。然而，由于巨磁阻对磁场的高度敏感特性，使得它们同时易受外界杂散磁场的影响。这些杂散磁场的场源包括电机和变压器等电器设备，或者传感器周围的载流导体等等。杂散磁场会引起传感器产生较大的输出误差，影响了电流测量结果的准确度。同时，当被测磁场较弱且正负交替变化时，由于巨磁电阻相邻铁磁层间较弱的耦合作用，使得巨磁阻芯片表现出明显的磁滞效应。另外现有技术中所用的巨磁阻芯片为单极性输出特性，当被测量为交流电流时，输出波形类似于全波整流输出，这样输出的波形容易失真，引起较大的输出误差。CN102043083A公开了一种巨磁阻阵列电流传感器，以实现交直流的同时测量，并能完成信息的数字化传输、存储。然而该传感器的不足之处在于:①该传感器探头需要8个巨磁阻芯片和16个条形的铝镍钴永磁体构成，成本较高，探头结构较为复杂；②利用永磁体提供偏置磁场，这样产生的磁场不够稳定，永磁体随着环境温度的变化会发生退磁现象，造成输出信号不精确此传感器对探头输出的电压信号进行采样保持及A/D转换，再经FPGA处理进行空间傅里叶变换，如此信号处理电路较为复杂。CN101038305B提出了一种基于非晶软磁条带所具有的巨磁阻抗(GMI)效应的阵列式电流传感器，其缺陷有三点:①对两个阵列式非晶电流传感器探头要求完全一样并平行对称，但是由于制造工艺等原因很难保证两个阵列式非晶电流传感器探头完全一致，由此产生的温漂现象会引起一定的输出误差；②传感器电路部分包括两路科比茨振荡电路和整流电路，涉及起振电容、晶振、晶体管、高频运算放大器、整流二极管、稳压电容及滤波电容等器件，电路较为复杂；③利用永磁体提供偏置磁场同样存在如CN102043083A中的②所述的缺陷和不足。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是:提供巨磁阻效应电流传感器，是一种带磁屏蔽壳与偏置线圈的巨磁阻效应电流传感器，磁屏蔽壳的存在克服了因巨磁阻对磁场的高度敏感特性使得它们同时易受外界杂散磁场的影响的缺陷；同时又通过偏置线圈绕组提供偏置磁场的方法降低了磁滞误差以及实现对交直流电流的精确测量。本专利技术解决该技术问题所采用的技术方案是:巨磁阻效应电流传感器，是一种带磁屏蔽壳与偏置线圈的巨磁阻效应电流传感器，其构成包括U型磁屏蔽壳、巨磁阻芯片、偏置线圈绕组、载流导体、PCB板、偏置电流源和信号处理电路，其中，由U型磁屏蔽壳、巨磁阻芯片、偏置线圈绕组、载流导体和PCB板构成巨磁阻效应电流传感器的探头，上述信号处理电路包括偏置磁场发生电路、巨磁阻芯片供电电压转换电路、参考电压产生电路和改进型差分运算放大电路；PCB板置于U型磁屏蔽壳内，巨磁阻芯片固定放置在PCB板的上方，载流导体置于巨磁阻芯片的下方，偏置线圈绕组均匀的缠绕在巨磁阻芯片上，巨磁阻芯片供电电压转换电路的输出电压连接到巨磁阻芯片的电源引脚，偏置电流源连接到偏置线圈绕组两端，改进型差分运算放大电路两个输入端分别连接在巨磁阻芯片的正输出端和巨磁阻芯片的负输出端，参考电压产生电路的输出电压Vref连接在改进型差分运算放大电路的正输入端，经过改进型差分运算放大电路输入端信号的叠加，最后在改进型差分运算放大电路的输出端输出电流传感器的输出信号，由此构成巨磁阻电流传感器。上述巨磁阻效应电流传感器，所述U型磁屏蔽壳采用的是坡莫合金材料制作，其电阻率为0.56 μ Ω.m，居里点为400°C，饱和磁感应强度为Bs=0.7T，饱和磁感应强度下的矫顽力He不大于1.6A/m，直流磁性能满足在0.08A/m磁场强度中的磁导率不小于37.5mH/m,厚度是Imm,宽度是7mm,高度是IOmm,长度是13mm。上述巨磁阻效应电流传感器，所述巨磁阻芯片即GMR芯片，采用的是美国NVE公司生产的AA002-02。上述巨磁阻效应电流传感器，所述偏置磁场发生电路由芯片LT3092和偏置线圈绕组L构成，芯片LT3092利用一个内部电流源和误差放大器以及两个外部电阻器Rset和电阻器Rout来提供输出电流，调节电阻器Rset和电阻器Rout的阻值的大小可以得到一个位于0.5mA至200mA的恒定输出电流，LT3092输出端连接到偏置线圈绕组L，偏置线圈绕组L另一端接地，偏置线圈绕组L的线圈直径为0.08mm，匝数为50匝，直流电阻为3.487 Ω，通过的直流电流大小为50mA，电阻器Rset阻值为20k Ω，电阻器Rout阻值为4k Ω。上述巨磁阻效应电流传感器，所述巨磁阻芯片供电电压转换电路的构成方式是:稳压器VR7805的输入端Vin接巨磁阻电流传感器系统供电直流电电源+15V，0.33uF的滤波电容Cl并联在稳压器VR7805的输入端Vin与稳压器VR7805的接地端之间，稳压器VR7805的输出端Vout输出稳定的+5V电压的直流电，0.1uF的滤波电容C2并联在稳压器VR7805的输出端Vout与稳压器VR7805的接地端之间，由此Vout引脚的输出电压为稳定的5V直流电。上述巨磁阻效应电流传感器，所述参考电压产生电路的构成方式是:运算放大器UlA和电阻Rl和R2和R3组成反相输入比例运算电路，电阻Rl的一端接UlA的正相输入端，电阻Rl的另一端接地，电阻R2的一端接UlA的反相输入端，电阻R2的另一端接直流5V的电压源，电阻R3两端分别接到UlA的反相输入端和输出端，UlA的供电电压是+15V和-15V ；UlA的输出端接到UlB的正相输入端，UlB的反相输入端与输出端连在一起构成电压跟随器，运算放大器UlA和运算放大器UlB的型号均为LF353，上述电阻Rl阻值为8.2k Ω，电阻R2阻值为3.6k Ω，电阻R3阻值为IOk Ω。上述巨磁阻效应电流传感器，所述改进型差分运算放大电路的构成是:电阻R4的一端接运算放大器Al的反相输入端，电阻R4的另一端接运算放大器A2的输出端，电阻R5的一端接运算放大器A2的反相输入端，电阻R5的另一端接运算放大器Al的输出端，运算放大器A2的正输入端连接到运算放大器Al的输出端，电阻R6的两端分别接到运算放大器A2的反相输入端和输出端，电阻Rl的一端接电压U1，电阻Rl的另一端接运算放大器Al的反相输入端，电阻R2的一端接电压U2，电阻R2的另一端接运算放大器Al的正相输入端，电阻R3的一端接运算放大器Al的正相输入端，电阻R3的另一端接地，运算放大器Al和运算放大器A2的型号均为LF356，上述电阻Rl阻值为27k Ω，电阻R2阻值为27k Ω，电阻R3阻值为270k Ω，电阻R4阻值为270k Ω，电阻R5阻值为Ik Ω，电阻R6阻值为IOk Ω。上述巨磁阻效应电流传感器，所涉及的器件和零部件均是公知途径获得的，所有部件的安装方法是本【技术本文档来自技高网...
【技术保护点】
巨磁阻效应电流传感器，其特征在于：是一种带磁屏蔽壳与偏置线圈的巨磁阻效应电流传感器，其构成包括U型磁屏蔽壳、巨磁阻芯片、偏置线圈绕组、载流导体、PCB板、偏置电流源和信号处理电路，其中，由U型磁屏蔽壳、巨磁阻芯片、偏置线圈绕组、载流导体和PCB板构成巨磁阻效应电流传感器的探头，上述信号处理电路包括偏置磁场发生电路、巨磁阻芯片供电电压转换电路、参考电压产生电路和改进型差分运算放大电路；PCB板置于U型磁屏蔽壳内，巨磁阻芯片固定放置在PCB板的上方，载流导体置于巨磁阻芯片的下方，偏置线圈绕组均匀的缠绕在巨磁阻芯片上，巨磁阻芯片供电电压转换电路的输出电压连接到巨磁阻芯片的电源引脚，偏置电流源连接到偏置线圈绕组两端，改进型差分运算放大电路两个输入端分别连接在巨磁阻芯片的正输出端和巨磁阻芯片的负输出端，参考电压产生电路的输出电压Vref连接在改进型差分运算放大电路的正输入端，经过改进型差分运算放大电路输入端信号的叠加，最后在改进型差分运算放大电路的输出端输出电流传感器的输出信号，由此构成巨磁阻电流传感器。
【技术特征摘要】
1.巨磁阻效应电流传感器，其特征在于:是一种带磁屏蔽壳与偏置线圈的巨磁阻效应电流传感器，其构成包括U型磁屏蔽壳、巨磁阻芯片、偏置线圈绕组、载流导体、PCB板、偏置电流源和信号处理电路，其中，由U型磁屏蔽壳、巨磁阻芯片、偏置线圈绕组、载流导体和PCB板构成巨磁阻效应电流传感器的探头，上述信号处理电路包括偏置磁场发生电路、巨磁阻芯片供电电压转换电路、参考电压产生电路和改进型差分运算放大电路；PCB板置于U型磁屏蔽壳内，巨磁阻芯片固定放置在PCB板的上方，载流导体置于巨磁阻芯片的下方，偏置线圈绕组均匀的缠绕在巨磁阻芯片上，巨磁阻芯片供电电压转换电路的输出电压连接到巨磁阻芯片的电源引脚，偏置电流源连接到偏置线圈绕组两端，改进型差分运算放大电路两个输入端分别连接在巨磁阻芯片的正输出端和巨磁阻芯片的负输出端，参考电压产生电路的输出电压Vref连接在改进型差分运算放大电路的正输入端，经过改进型差分运算放大电路输入端信号的叠加，最后在改进型差分运算放大电路的输出端输出电流传感器的输出信号，由此构成巨磁阻电流传感器。2.根据权利要求1所说巨磁阻效应电流传感器，其特征在于:所述U型磁屏蔽壳采用的是坡莫合金材料制作，其电阻率为0.56μ Ω.πι，居里点为400°C，饱和磁感应强度为Bs=0.7T，饱和磁感应强度下的矫顽力He不大于1.6A/m,直流磁性能满足在0.08A/m磁场强度中的磁导率不小于37.5mH/m，厚度是1mm，宽度是7mm，高度是10mm，长度是13mm。3.根据权利要求1所说巨磁阻效应电流传感器，其特征在于:所述巨磁阻芯片即GMR芯片，采用的是美国NVE公司生产的AA002-02。4.根据权利要求1所说巨磁阻效应电流传感器，其特征在于:所述偏置磁场发生电路由芯片LT3092和偏置线圈绕组L构成，芯片LT3092利用一个内部电流源和误差放大器以及两个外部电阻器Rset和电阻器Rout来提供输出电流，调节电阻器Rset和电阻器Rout的阻值的大小可以得到一个位于0.5mA至200mA的恒定输出电流，LT3092输出端连接到偏置线圈绕组L，偏置线圈绕组L另一端接地，偏置线圈绕组L的线圈直径为0.08mm,匝数为50匝，直流电阻为3.487 Ω，通过的直流电流大小为50mA，电阻器Rset阻值为...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨晓光，解存福，李元园，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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