CN207036930U - 一种基于磁场检测的电流传感系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及电流传感器领域，具体为一种基于磁场检测的电流传感系统，其能够有效解决传统方法中抗干扰性差的问题，其包括处于下层的带U形凹槽的导体和处于上层的带有四个磁传感器的硅片，第一磁传感器位于所述导体上的U形凹槽前端的开口垂直映射到上层的位置，第二磁传感器位于所述U形凹槽开口反方向垂直映射到上层的位置，第三磁传感器位于所述第一磁传感器一侧且位于所述导体正上方垂直映射到上层的位置，第四磁传感器位于所述第一磁传感器另一侧且位于所述U形凹槽开口反方向垂直映射到第二层的位置或者导体正上方垂直映射到上层的位置。
Description
技术领域
本实用新型涉及电流传感器领域，具体为一种基于磁场检测的电流传感系统。
背景技术
霍尔效应定义了磁场和感应电压之间的关系，当电流通过一个位于磁场中的导体的时候，磁场会对导体中的电子产生一个垂直于电子运动方向上的作用力，从而在垂直于导体与磁感线的两个方向上产生电势差。磁传感器通过检测磁场变化，转变为电信号输出，可用于监视和测量各种参数，例如位置、位移、角度、角速度、转速等等，并可将这些变量进行二次变换，可测量压力、质量、液位、流速、流量等。同时磁传感器输出量直接与电控单元接口，可实现自动检测。
传统的电流检测集成电路核心结构如图1所示，图中11是待测电流IT的传输导体，根据麦克斯韦磁场理论电流经过导体会产生旋涡磁力线，磁力线如B所示。磁传感器10感应磁力线，并产生电信号，电信号经过放大器12放大，输出给下一级电路处理。传统结构虽然简单但是存在着抗干扰性差的问题，特别是当检测电路附近出现带电导线(产生感应磁场)或永磁体时，磁传感器无法分辨待测电流IT产生的感应磁场与干扰磁场。
发明内容
为了解决上述问题，本实用新型提供了一种基于磁场检测的电流传感系统，其能够有效解决传统方法中抗干扰性差的问题。
其技术方案是这样的：一种基于磁场检测的电流传感系统，其特征在于，其包括处于下层的带U形凹槽的导体和处于上层的带有四个磁传感器的硅片，第一磁传感器位于所述导体上的U形凹槽前端的开口垂直映射到上层的位置，第二磁传感器位于所述U形凹槽开口反方向垂直映射到上层的位置，第三磁传感器位于所述第一磁传感器一侧且位于所述导体正上方垂直映射到上层的位置，第四磁传感器位于所述第一磁传感器另一侧且位于所述U形凹槽开口反方向垂直映射到第二层的位置或者导体正上方垂直映射到上层的位置。
采用本实用新型的系统后，四个磁传感器会同时感应到待测电流IT磁场，通过计算并有效消除外部干扰，提高了效率，增加了信噪比，提高了抗干扰能力。
附图说明
图1为现有技术原理图；
图2为本实用新型原理图；
图3为图2左视图；
图4为导体磁场分布图；
图5为归一化处理曲线图。
具体实施方式
见图2至图5所示：一种基于磁场检测的电流传感系统，系统结构分为两层如图3所示，下层包括带U形凹槽的导体11，上层为带四个磁传感器的硅片20，第一磁传感器10a位于导体11上的U形凹槽前端的开口垂直映射到上层的位置，第二磁传感器10b位于U形凹槽开口反方垂直向映射到上层的位置，第三磁传感器10c位于第一磁传感器10a一侧且位于导体11正上方垂直映射到上层的位置，第四磁传感器10d位于第一磁传感器10a另一侧且位于U形凹槽开口反方向垂直映射到上层的位置或者导体11正上方垂直映射到上层的位置。测量方法如下：待测电流IT通过特殊形状的导体11，导体11上有U形凹槽，具有增强凹槽区域磁通量的作用，如图4所示，图中使用灰度表示磁场强度，U型槽内磁场强度明显大于其他地方。在待测电流IT流经导体11所形成的磁场中，第一磁传感器10a感应到磁通量最大，第二磁传感器10b、第三磁传感器10c、第四磁传感器10d感应的磁通量都相对较小，近似看做零，由于待测电流IT流经导体11所形成的磁力线在磁传感器第一磁传感器10a、第二磁传感器10b上的方向相反，所以待测电流流经导体所形成的磁场信号可以看成差模信号，待测电流IT对四个磁传感器的磁通量用BTa、BTb、BTc、BTd表示。根据本发明描述的算法，外部干扰源在芯片外部的任何方向形成的干扰磁场均可得到有效的衰减，其中外部干扰源可以是通电导体也可以是永磁体，但衰减的效果随干扰源与磁传感器位置方向不同而存在差异。以其中衰减效果最差的情况为例(参考图2中外部干扰源的位置)：外部干扰源IN处于芯片外部，其形成的磁场在四个磁传感器位置磁力线方向均一致，可以看成共模信号。干扰电流源IN所形成的磁场对第二磁传感器10b、第四磁传感器10d的影响比较大，第一磁传感器10a、第三磁传感器10c相对较小。同样，干扰电流源IN对四个磁传感器的作用可以看成共模信号，因为干扰源在四个磁传感器上的磁力线具有统一方向，干扰电流源IN对四个磁传感器的磁通量分别用BNa、BNb、BNc、BNd表示。把第三磁传感器10c、第四磁传感器10d投影到纵轴上，用点P2、P3代替，则P1、P2距离用Lab表示，P2、P3的距离使用Lcd表示，干扰源与最近的磁传感器距离为L1。四个磁传感器的总磁通量使用Ba、Bb、Bc、Bd，则通过公式计算出待处理的磁通量B：
B＝Ba+Bb-(Bc+Bd)
＝(BTa+BNa)+(BTb+BNb)–(BTc+BNc)–(BTd+BNd)
＝BTa+BNa+BNb-BNc-BNd(BTb、BTc、BTd远小于BTa)
≈BTa+(BNa+BNb-BNc-BNd)
＝BT+BN(BT与BN分别为IT、IN对磁传感器的影响)
待处理磁通量B产生的感应电信号通过后级电路处理就能实时监控待测电流IT。Ba、Bb、Bc、Bd强度与Lab、Lcd有关，由于通电导线产生的感应磁场磁通量大小与距离成反比，BN为：
由于算法申明的结构是封装在芯片中的，实际运用中L1远大于Lab，现在考虑较为极端的情况L1＝Lab，此时干扰较强。
通过归一化的计算，BN与Lab、Lcd有关系近似图5，由图5可以看出随着Lcd的增加函数单调递减，也就是说Lcd越大则BN越小，系统的信噪比号越好。当BN足够小时，磁通量B基本只受BT影响，BT与待测电流IT成正比。待处理的磁通量会在磁传感器上产生感应电信号，通过采集电信号即可得出待测电流IT幅值。
该系统使用特殊形状导体与多个磁传感器形成的特殊结构，通过对多个磁传感器感应信号进行运算，有效衰减了外部磁干扰对待测电流信号的影响，提高了系统信噪比，在集成电路设计中具有巨大实用价值。
Claims (1)
1.一种基于磁场检测的电流传感系统，其特征在于，其包括处于下层的带U形凹槽的导体和处于上层的带有四个磁传感器的硅片，第一磁传感器位于所述导体上的U形凹槽前端的开口垂直映射到上层的位置，第二磁传感器位于所述U形凹槽开口反方向垂直映射到上层的位置，第三磁传感器位于所述第一磁传感器一侧且位于所述导体正上方垂直映射到上层的位置，第四磁传感器位于所述第一磁传感器另一侧且位于所述U形凹槽开口反方向垂直映射到第二层的位置或者导体正上方垂直映射到上层的位置。
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| CN201720300206.5U CN207036930U (zh) | 2017-03-24 | 2017-03-24 | 一种基于磁场检测的电流传感系统 |
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| CN109283379A (zh) * | 2018-09-28 | 2019-01-29 | 南方电网科学研究院有限责任公司 | 一种导线电流测量方法、装置、设备及可读存储介质 |
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