CN103487632A - 屏蔽式开环无聚磁环隧道磁阻传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种屏蔽式开环无聚磁环隧道磁阻传感器，包括传感器外壳及设置于所述传感器外壳内部的U型导线、隧道磁电阻和硅钢片，其中：所述U型导线的两边分别为待测电流输入端、待测电流输出端；在所述U型导线两边的正下方分别设置一所述隧道磁电阻，所述隧道磁电阻的感应方向为平行于隧道磁电阻的平行磁场，两隧道磁电阻分别感应U型导线中两边不同方向电流产生的磁场，输出两个电压信号；所述硅钢片内嵌于所述传感器外壳内用于屏蔽外界的磁干扰。本发明改善了温度对电流传感器输出的影响，改善了电流传感器适应复杂工作环境的能力，不仅在全温度范围大大提高了电流传感器的输出精度，温度特性是传统相同类型传感器的7倍。
Description
技术领域
本发明涉及一种磁传感器，具体地说，涉及的是一种屏蔽式开环无聚磁环隧道磁阻传感器。
背景技术
传统开环电流传感器基于霍尔效应的原理，这一现象是美国物理学家霍尔于1897年研究金属导电机制时发现的。当电流垂直于外磁场通过导体时，在导体的垂直于磁场和电流方向的两个端面之间会出现电势，传统霍尔开环电流传感器是通过聚磁环将被测导体中流过电流产生的磁场聚集在开有间隙的磁环中，将霍尔感应芯片置于聚磁环间隙中，间隙中的磁场垂直穿过霍尔感应芯片，感应芯片两端产生一个霍尔电势差，通过后续的放大电路将感应信号发大，电流变化时输出信号成线性变化，通过电路算法运算可得出待测电流的大小；但是由于磁芯温度一旦超过其居里温度，磁芯的磁导率会急剧下降，不同的材质的磁芯所承受的居里温度不固定，高导磁磁芯的居里温度通常很低，其实在达到定义的居里温度之前磁导率已经开始急剧下降了，导磁率下降直接导致电流传感器磁芯聚磁能力下降、输出不准确，无法达到准确隔离测试待测电流的作用，大大影响和限制了电流传感器的使用和测试环境。因此如何解决温度对聚磁环的影响已经成为制约电流传感器使用、开发的重点和难点。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中的上述不足，提供一种屏蔽式开环无聚磁环隧道磁阻传感器，该传感器改善了温度对电流传感器输出的影响，改善了电流传感器适应复杂工作环境的能力。
为实现上述的目的，本发明所述的一种屏蔽式开环无聚磁环隧道磁阻传感器，包括传感器外壳及设置于所述传感器外壳内部的U型导线、隧道磁电阻和硅钢片，其中：所述U型导线的两边分别为待测电流输入端、待测电流输出端。在所述U型导线两边的正下方分别设置一所述隧道磁电阻，所述隧道磁电阻的感应方向为平行于隧道磁电阻的平行磁场，两隧道磁电阻分别感应U型导线中两边不同方向电流产生的磁场，输出两个电压信号。所述硅钢片内嵌于所述传感器外壳内用于屏蔽外界的磁干扰。
优选的，两所述隧道磁电阻输入端连接LDO(低压差线性稳压器)，以提供稳定的供电电压，两所述隧道磁电阻输出端连接一差分放大电路，当隧道磁电阻上方U型导线有电流通过时，两个隧道磁电阻分别产生一个电压输出信号，经过后续差分放大电路输出一个随U型导线电流变化而变化的线性电压信号。
更优的，在两所述隧道磁电阻与所述差分放大电路之间，分别设置一跟随器。
本发明采用隧道磁电阻作为电流传感器的敏感芯片，隧道磁电阻的感应方向为平行于芯片的平行磁场，由于隧道磁电阻的高灵敏度，无需聚磁环的聚磁效果，将被测电流接入U型导线，两隧道磁电阻分别感应U型导线中两边不同方向电流产生的磁场，输出两个电压信号，再通过后续差分放大电路处理后输出测试信号；U型导线设计巧妙的解决了一条电流线路产生两个方向平行磁场的需要，U型导线两边正下方各放置一隧道磁电阻，通过调整隧道磁电阻与U型导线之间的垂直距离，可调整隧道磁电阻的输出信号大小，即由于U型导线两端产生的磁场随着距离的增大磁场越小，隧道磁电阻感应的输出信号越小，由于隧道磁电阻的高灵敏度，无需聚磁环的聚磁效果；因此外界温度的变化对于无磁芯的隧道磁阻传感器几乎没有影响。
另外，本发明在该传感器的外壳内嵌入硅钢片，硅钢片的作用在于屏蔽外界的磁干扰，例如地磁干扰、工作环境中可能产生的磁干扰等不良因素，这一磁屏蔽的设计大大提高了传感器的输出精度和抗干扰能力及在复杂环境下工作能力。
本发明有益效果：
本发明不仅在全温度范围大大提高了电流传感器的输出精度，温度特性是传统相同类型传感器的7倍，由于屏蔽式的嵌入式结构极大的降低了地磁对于传感器的影响，地磁的影响是传统电流传感器相同类型的十五分之一左右。
附图说明
图1为本发明一实施例结构示意图；
图2为图1所示侧视图；
图3为本发明电路原理图。
图中：1为U型导线，2、2-1为隧道磁电阻，3为硅钢片，4为输出供电端子，5为待测电流输入端，6为待测电流输出端。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的解释，但是以下的内容不用于限定本发明的保护范围。
如图1所示，本实施例提供一种屏蔽式开环无聚磁环隧道磁阻传感器，包括传感器外壳和设置于所述传感器外壳内的U型导线1、隧道磁电阻2、2-1和硅钢片3，其中：所述U型导线1的两边分别为待测电流输入端5、待测电流输出端6。在所述U型导线1两边的正下方分别设置一所述隧道磁电阻即隧道磁电阻2和隧道磁电阻2-1，所述隧道磁电阻2、2-1的感应方向为平行于隧道磁电阻的平行磁场，两隧道磁电阻2、2-1分别感应U型导线1中两边不同方向电流产生的磁场，输出两个电压信号。所述硅钢片3内嵌于所述传感器外壳内用于屏蔽外界的磁干扰。
本实施例中，所述传感器外壳内部设有PCB板，所述U型导线1固定于所述PCB板上，所述隧道磁电阻2、2-1贴片于所述PCB板上。所述PCB板上设有塑料件，通过该塑料件调节所述U型导线1与所述隧道磁电阻2、2-1之间的距离。
本实施例所述的传感器，采用隧道磁电阻2、2-1作为电流传感器的敏感芯片，隧道磁电阻2、2-1的感应磁场方向区别于传统霍尔的垂直方向，隧道磁电阻2、2-1的感应方向为平行于芯片的平行磁场，由于隧道磁电阻2、2-1的高灵敏度，无需聚磁环的聚磁效果，将被测电流接入U型导线1的待测电流输入端5，两隧道磁电阻2-1和2分别感应U型导线1中左右两边不同方向电流产生的磁场，输出两个电压信号，通过后续差分放大电路处理后输出测试信号，U型导线1设计巧妙的解决了一条电流线路产生两个方向平行磁场的需要，U型导线1左右两边正下方各放置一隧道磁电阻2-1、2，通过调整隧道磁电阻2、2-1与U型导线1之间的垂直距离，可调整隧道磁电阻2、2-1的输出信号大小，即由于U型导线1两端产生的磁场随着距离的增大磁场越小，隧道磁电阻2、2-1感应的输出信号越小，由于隧道磁电阻2、2-1的高灵敏度，无需聚磁环的聚磁效果；因此外界温度的变化对于无磁芯的隧道磁阻传感器几乎没有影响。
另外在该传感器的外壳内嵌入硅钢片3，硅钢片3嵌入外壳的作用在于屏蔽外界的磁干扰，例如地磁干扰、工作环境中可能产生的磁干扰等不良因素，这一磁屏蔽的设计大大提高了传感器的输出精度和抗干扰能力及在复杂环境下工作能力。
如图3所示，两隧道磁电阻2、2-1通过LDO(低压差线性稳压器)提供稳定的供电电压，当两隧道磁电阻2、2-1上方的U型导线1有电流通过时，两隧道磁电阻2、2-1分别产生一个电压输出信号，经过后续差分放大电路输出一个随U型导线1电流变化而变化的线性电压信号。在另一实施例中，可以在两所述隧道磁电阻与所述差分放大电路之间，分别设置一跟随器。
从以上描述可以看出，本发明能达到准确隔离测试待测电流，解决现有温度对聚磁环影响的问题，在全温度范围大大提高了电流传感器的输出精度。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (6)
1.一种屏蔽式开环无聚磁环隧道磁阻传感器，其特征在于包括传感器外壳及设置于所述传感器外壳内部的U型导线、隧道磁电阻和硅钢片，其中：所述U型导线的两边分别为待测电流输入端、待测电流输出端；在所述U型导线两边的正下方分别设置一所述隧道磁电阻，所述隧道磁电阻的感应方向为平行于隧道磁电阻的平行磁场，两隧道磁电阻分别感应U型导线中两边不同方向电流产生的磁场，输出两个电压信号；所述硅钢片内嵌于所述传感器外壳内用于屏蔽外界的磁干扰。
2.根据权利要求1所述的一种屏蔽式开环无聚磁环隧道磁阻传感器，其特征在于：所述传感器外壳内部设有PCB板，所述U型导线固定于所述PCB板上，所述隧道磁电阻贴片于所述PCB板上。
3.根据权利要求2所述的一种屏蔽式开环无聚磁环隧道磁阻传感器，其特征在于：所述隧道磁电阻与U型导线之间的垂直距离可调整，从而调整隧道磁电阻的输出信号大小。
4.根据权利要求3所述的一种屏蔽式开环无聚磁环隧道磁阻传感器，其特征在于：所述PCB板上设有塑料件，通过该塑料件调节所述U型导线与所述隧道磁电阻之间的距离。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种屏蔽式开环无聚磁环隧道磁阻传感器，其特征在于：两所述隧道磁电阻输入端连接低压差线性稳压器，以提供稳定的供电电压，两所述隧道磁电阻输出端连接一差分放大电路，当隧道磁电阻上方U型导线有电流通过时，两个隧道磁电阻分别产生一个电压输出信号，经过后续差分放大电路输出一个随U型导线电流变化而变化的线性电压信号。
6.根据权利要求5所述的一种屏蔽式开环无聚磁环隧道磁阻传感器，其特征在于：在两所述隧道磁电阻与所述差分放大电路之间，分别设置一跟随器。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20140101 |