WO2020258688A1 - 一种微型磁通门传感器 - Google Patents

一种微型磁通门传感器 Download PDF

Info

Publication number
WO2020258688A1
WO2020258688A1 PCT/CN2019/119336 CN2019119336W WO2020258688A1 WO 2020258688 A1 WO2020258688 A1 WO 2020258688A1 CN 2019119336 W CN2019119336 W CN 2019119336W WO 2020258688 A1 WO2020258688 A1 WO 2020258688A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
winding coil
current
module
core
square wave
Prior art date
Application number
PCT/CN2019/119336
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
李菊萍
郑良广
侯晓伟
姜涛
郭俊杰
陈竹健
张坡
朱方梁
赵航
Original Assignee
宁波中车时代传感技术有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 宁波中车时代传感技术有限公司 filed Critical 宁波中车时代传感技术有限公司
Priority to US17/594,927 priority Critical patent/US20220260652A1/en
Publication of WO2020258688A1 publication Critical patent/WO2020258688A1/zh

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/06—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
    • G01R33/066—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices field-effect magnetic sensors, e.g. magnetic transistor
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/04—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using the flux-gate principle
    • G01R33/05—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using the flux-gate principle in thin-film element
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/0023—Electronic aspects, e.g. circuits for stimulation, evaluation, control; Treating the measured signals; calibration
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/06—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices

Abstract

一种微型磁通门传感器，包括双铁芯组件（1）、自振荡模块（2）、电流叠加与放大模块（3）以及电压采集模块（4）；双铁芯组件（1）包括第一铁芯和第二铁芯，第一铁芯上有第一绕组线圈，第二铁芯上有第二绕组线圈，第一绕组线圈和第二绕组线圈分别和自振荡模块（2）的输入端连接，自振荡模块（2）的输出端分别和电流叠加与放大模块（3）以及电压采集模块（4）连接。该磁通门传感器处理电路简单，不需要人为调试，容易集成化，解决目前磁通门传感器体积尺寸大、批量生产成本高、装配误差较大、电路复杂、小型化难度大的问题。

Description

一种微型磁通门传感器 技术领域
本发明涉及磁场检测传感器技术领域，尤其涉及一种微型磁通门传感器。
背景技术
磁通门传感器主要包含磁通门探头和磁通门处理电路两部分。
常见的磁通门探头主要是采取在长条形磁芯上绕制三维螺线管线圈来制得的，这种方法虽然制造工艺比较简单，但是其体积尺寸大、批量生产成本高且装配误差较大，铁芯和线圈的匹配度较差，容易受到温度、应力和机械振动的影响，输出误差较大，后期需要频繁校准。
同时，磁通门传感器处理电路也比较复杂，有的采用谐波选择法来进行信号处理，包括选频放大、相敏整流、积分电路等电路；有的采用滤波电路、积分等电路进行负反馈处理。这些电路处理方法的共同问题都是电路非常复杂，占用空间大，小型化难度大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对目前磁通门传感器的问题，提供了一种可实现大幅降低磁通门探头尺寸的同时又有效简化信号处理电路的微型磁通门传感器。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：提出一种微型磁通门传感器，所述微型磁通门传感器包括：双铁芯组件、自振荡模块、电流叠加与放大模块以及电压采集模块；
所述双铁芯组件包括第一铁芯和第二铁芯，所述第一铁芯上有第一绕组线圈，第二铁芯上有第二绕组线圈，所述第一绕组线圈和第二绕组线圈分别和自振荡模块的输入端连接，自振荡模块的输出端分别和电流叠加与放大模块以及电压采集模块连接。
被测磁场在第一铁芯和第二铁芯内产生的磁场方向相同，第一绕组线圈和 第二绕组线圈在第一铁芯和第二铁芯内产生的激励磁场方向相反。
进一步地，所述自振荡模块，用于通过检测第一绕组线圈的电流值对第一绕组线圈的方波和第二绕组线圈的方波进行翻转，输出第一绕组线圈调制方波和第二绕组线圈调制方波并驱动第一绕组线圈和第二绕组线圈。
进一步地，所述电流叠加与放大模块，用于获取自振荡模块输出的电流，通过电流的叠加抵消第一绕组线圈和第二绕组线圈的激励电流，并将未抵消的电流发送至电压采集模块。
进一步地，所述电压采集模块，用于接收未抵消的电流、第一绕组线圈调制方波或第二绕组线圈调制方波。
进一步地，所述电压采集模块包括微处理单元，所述微处理单元检测自振荡模块第一绕组线圈调制方波或第二绕组线圈调制方波的上升沿和下降沿，提取未抵消的电流的多个周期内按照预设延时时间延时的非尖峰信号，并进行平均输出。
进一步地，所述第一铁芯和第二铁芯的形状均为长条形。
进一步地，所述第一绕组线圈和第二绕组线圈分别为三维立体线圈。
本发明至少有以下有益效果是：
(1)通过双铁芯抵消激励噪声，提取未饱和时的线圈电流，实现被测磁场的测量，省去了复杂的处理电路，电路容易与敏感检测单元进行集成，易实现微型化。
(2)自振荡模块与双铁芯组件相互作用生成调制信号，驱动双铁芯组件，两铁芯的激励磁场方向相反，在被测磁场不为零时，通过电流叠加与放大模块，两个线圈的激励电流大部分抵消掉，剩余被测磁场相关的电流信号与未被抵消的尖峰电流；通过电压采集模块，提取非尖峰处的电流信号，实现被测磁场测量，电路处理简单，容易集成化。
(3)本微型磁通门传感器双铁芯组件的双铁芯为长条形、双铁芯上的绕组线圈为三维立体线圈，采用标准化微加工工艺实现，降低了磁通门探头的尺寸。
附图说明
图1为本微型磁通门传感器的结构框图；
图2为第一绕组线圈的电流和第二绕组线圈的电流图；
图3为第一绕组线圈的电流和第二绕组线圈的电流经过叠加与放大后的电流图。
(1)、双铁芯组件；(2)、自振荡模块；(3)电流叠加与放大模块；(4)电压采集模块。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例
本实施例提供了一种微型磁通门传感器，如图1至3所示，本微型磁通门传感器包括：
双铁芯组件、自振荡模块、电流叠加与放大模块以及电压采集模块；
所述双铁芯组件包括第一铁芯和第二铁芯，所述第一铁芯上有第一绕组线圈，第二铁芯上有第二绕组线圈，所述第一绕组线圈和第二绕组线圈分别和自振荡模块的输入端连接，自振荡模块的输出端分别和电流叠加与放大模块以及电压采集模块连接。
自振荡模块(2)与双铁芯组件(1)相互作用生成调制方波信号，驱动双铁芯组件(4)；所述第一铁芯和第二铁芯的形状均为长条形；所述第一绕组线圈和第二绕组线圈分别为三维立体线圈。采用本双铁芯组件尺寸较小，易实现集成化。
被测磁场在两铁芯内产生的磁场方向相同，而激励磁场方向相反，即激励磁场对铁芯是相反的影响，被测磁场是相同的影响。
自振荡模块(2)与两组绕组线圈相连，自振荡模块和第一绕组线圈以及第二绕组线圈的连接方式使两铁芯的激励磁场方向相反，被测磁场在两铁芯内方向相同。
在被测磁场不为零时，通过电流叠加与放大模块(3)，两个绕组线圈的激 励电流大部分抵消掉，只剩被测磁场相关的电流信号与未被抵消的尖峰电流，通过电压采集模块(4)，提取非尖峰处的电流信号，即可实现被测磁场测量。
进一步地，所述自振荡模块，用于通过检测第一绕组线圈的电流值对第一绕组线圈的方波和第二绕组线圈的方波进行翻转，输出第一绕组线圈调制方波和第二绕组线圈调制方波并驱动第一绕组线圈和第二绕组线圈。
自振荡模块(2)通过检测其中一个线圈的电流使方波信号翻转，输出周期性方波信号，驱动绕组线圈。即本实施例提供的自振荡模块，只检测一个线圈电流即可进行两个绕组线圈方波的翻转，并驱动两个绕组线圈，其中两个绕组线圈方波的翻转同步。
如图2所示，本实施例中提供的第一绕组线圈的电流和第二绕组线圈的电流。
进一步地，电流叠加与放大模块用于获取自振荡模块输出的电流，通过电流的叠加抵消第一绕组线圈和第二绕组线圈的激励电流，并将未抵消的电流发送至电压采集模块。其中未抵消的电流与被测磁场相关，含有被测磁场信息，即可通过测量未抵消的电流便可测量预设被测磁场。
其中通过电流叠加与放大后未抵消的电流如图3所示，此时被测磁场使叠加的电流信号产生一个直流偏置量，未完全抵消的激励信号导致尖峰。
进一步地，所述电压采集模块，用于接收未抵消的电流和翻转后的第一绕组线圈调制方波或第二绕组线圈调制方波。因为第一绕组线圈的调制方波和第二绕组线圈的调制方波是同步的，因此只需获取其中一个线圈的调制方波即可。
进一步地，所述电压采集模块包括微处理单元，所述微处理单元检测自振荡模块第一绕组线圈调制方波或第二绕组线圈调制方波的上升沿和下降沿，提取未抵消的电流的多个周期内按照预设延时时间延时的非尖峰信号，并进行平均输出。
即通过采样电阻实现第一绕组线圈和第二绕组线圈电流的采集，其中采样电阻和电流叠加与放大模块相连，实现第一绕组线圈和第二绕组线圈的激励电流的叠加和放大。电压采集模块通过微处理单元，检测自振荡模块输出的第一绕组线圈或第二绕组线圈的调制方波的上升沿和下降沿，再按照预设延时时间 延时，避开尖峰信号，提取多个周期内非尖峰信号，并进行平均输出，如图2至图3所示，将被测磁场调制到周期性的载波信号，其中第一绕组线圈和第二绕组线圈的电流如图2所示，经过叠加和放大后，如图3所示，其中被测磁场，使叠加的信号产生一个直流偏置量，未完全抵消的激励信号导致尖峰，通过检测调制方波的上升沿并按照预设延时时间延时，提取(图3)非尖峰时段的电压，对多个周期的提取信号进行平均，再输出，实现被测磁场的测量。
本微型磁通门传感器处理电路简单，占用空间小，容易集成化。本微型磁通门传感器的处理电路容易与敏感检测单元进行单芯片集成，尺寸较小，批量生产成本低，装配误差较小，长条形铁芯和三维立体线圈的匹配度较好，不容易受温度、应力以及机械振动的影响，输出误差小，并且不需要后期的频繁校准。实现了在大幅降低磁通门探头的尺寸的同时，有效简化了磁通门传感器的处理电路。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (8)

  1. 一种微型磁通门传感器，其特征在于，包括双铁芯组件、自振荡模块、电流叠加与放大模块以及电压采集模块；
    所述双铁芯组件包括第一铁芯和第二铁芯，所述第一铁芯上有第一绕组线圈，第二铁芯上有第二绕组线圈，所述第一绕组线圈和第二绕组线圈分别和自振荡模块的输入端连接，自振荡模块的输出端分别和电流叠加与放大模块以及电压采集模块连接，所述电流叠加与放大模块和电压采集模块连接。
  2. 根据权利要求1所述的一种微型磁通门传感器，其特征在于，被测磁场在第一铁芯和第二铁芯内产生的磁场方向相同，第一绕组线圈和第二绕组线圈在第一铁芯和第二铁芯内产生的激励磁场方向相反。
  3. 根据权利要求1所述的一种微型磁通门传感器，其特征在于，所述自振荡模块，用于通过检测第一绕组线圈的电流值对第一绕组线圈的方波和第二绕组线圈的方波进行翻转，输出第一绕组线圈调制方波和第二绕组线圈调制方波并驱动第一绕组线圈和第二绕组线圈。
  4. 根据权利要求3所述的一种微型磁通门传感器，其特征在于，所述电流叠加与放大模块，用于获取自振荡模块输出的电流，通过电流的叠加抵消第一绕组线圈和第二绕组线圈的激励电流，并将未抵消的电流发送至电压采集模块。
  5. 根据权利要求3所述的一种微型磁通门传感器，其特征在于，所述电压采集模块，用于接收未抵消的电流、第一绕组线圈调制方波或第二绕组线圈调制方波。
  6. 根据权利要求5所述的一种微型磁通门传感器，其特征在于，所述电压采集模块包括微处理单元，所述微处理单元检测自振荡模块第一绕组线圈调制方波或第二绕组线圈调制方波的上升沿和下降沿，提取未抵消的电流的多个周期内按照预设延时时间延时的非尖峰信号，并进行平均输出。
  7. 根据权利要求2所述的一种微型磁通门传感器，其特征在于，所述第一铁芯和第二铁芯的形状均为长条形。
  8. 根据权利要求2所述的一种微型磁通门传感器，其特征在于，所述第一绕组线圈和第二绕组线圈分别为三维立体线圈。
PCT/CN2019/119336 2019-06-25 2019-11-19 一种微型磁通门传感器 WO2020258688A1 (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US17/594,927 US20220260652A1 (en) 2019-06-25 2019-11-19 Micro-fluxgate sensor

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910555343.7 2019-06-25
CN201910555343.7A CN110146832B (zh) 2019-06-25 2019-06-25 一种微型磁通门传感器

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020258688A1 true WO2020258688A1 (zh) 2020-12-30

Family

ID=67596659

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/CN2019/119336 WO2020258688A1 (zh) 2019-06-25 2019-11-19 一种微型磁通门传感器

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20220260652A1 (zh)
CN (1) CN110146832B (zh)
WO (1) WO2020258688A1 (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110146832B (zh) * 2019-06-25 2020-03-31 宁波中车时代传感技术有限公司 一种微型磁通门传感器
CN111929492B (zh) * 2020-08-17 2022-07-29 哈尔滨工业大学 全数字磁通门型闭环电流传感器及其电流信号采集方法
CN111913028A (zh) * 2020-08-18 2020-11-10 宁波中车时代传感技术有限公司 基于芯片型线圈的磁通门电流传感器
CN117388562B (zh) * 2023-12-11 2024-03-12 珅斯电子(上海)有限公司 可变磁电感式电流传感器及其标定方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4293815A (en) * 1978-05-01 1981-10-06 Century Geophysical Corporation Fluxgate magnetometer circuit with earth's field elimination
CN101672901A (zh) * 2008-09-05 2010-03-17 哈尔滨工业大学 一种微型磁通门传感器制作方法
CN203672938U (zh) * 2013-11-06 2014-06-25 北京柏艾斯科技有限公司 一种交直流通用的漏电流传感器
CN204347174U (zh) * 2014-12-26 2015-05-20 华中科技大学 一种基于磁调制的直流漏电流传感器
CN204631233U (zh) * 2014-12-02 2015-09-09 北京恒泰万博石油科技有限公司 一种四端式磁通门传感器
CN105044629A (zh) * 2015-05-18 2015-11-11 西北工业大学 一种磁通门传感器反馈电路
CN106645863A (zh) * 2015-10-30 2017-05-10 北京柏艾斯科技有限公司 一种基于双磁通门技术的电压传感器
CN208156069U (zh) * 2018-05-23 2018-11-27 深圳市德恒科技有限公司 一种磁通门电流传感器及铁芯
CN110146832A (zh) * 2019-06-25 2019-08-20 宁波中车时代传感技术有限公司 一种微型磁通门传感器

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100481552B1 (ko) * 2002-07-30 2005-04-07 삼성전기주식회사 2축 자계검출소자가 집적된 인쇄회로기판 및 그 제조방법
CN107102187B (zh) * 2017-05-09 2020-09-25 中国电力科学研究院 一种用于交直流大电流测量的零磁通磁通门电流传感器
CN207380115U (zh) * 2017-10-20 2018-05-18 吉林大学 一种新型高精度低噪声直流大电流检测装置

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4293815A (en) * 1978-05-01 1981-10-06 Century Geophysical Corporation Fluxgate magnetometer circuit with earth's field elimination
CN101672901A (zh) * 2008-09-05 2010-03-17 哈尔滨工业大学 一种微型磁通门传感器制作方法
CN203672938U (zh) * 2013-11-06 2014-06-25 北京柏艾斯科技有限公司 一种交直流通用的漏电流传感器
CN204631233U (zh) * 2014-12-02 2015-09-09 北京恒泰万博石油科技有限公司 一种四端式磁通门传感器
CN204347174U (zh) * 2014-12-26 2015-05-20 华中科技大学 一种基于磁调制的直流漏电流传感器
CN105044629A (zh) * 2015-05-18 2015-11-11 西北工业大学 一种磁通门传感器反馈电路
CN106645863A (zh) * 2015-10-30 2017-05-10 北京柏艾斯科技有限公司 一种基于双磁通门技术的电压传感器
CN208156069U (zh) * 2018-05-23 2018-11-27 深圳市德恒科技有限公司 一种磁通门电流传感器及铁芯
CN110146832A (zh) * 2019-06-25 2019-08-20 宁波中车时代传感技术有限公司 一种微型磁通门传感器

Also Published As

Publication number Publication date
CN110146832A (zh) 2019-08-20
US20220260652A1 (en) 2022-08-18
CN110146832B (zh) 2020-03-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2020258688A1 (zh) 一种微型磁通门传感器
KR101329240B1 (ko) 플럭스 게이트 방식의 비접촉 전류 계측기
CN108020702A (zh) 电流测定装置
JP2001013231A (ja) 半導体基板上に形成された磁気センサ
CN103616550A (zh) 巨磁阻电流传感器
CN103575960A (zh) 巨磁阻效应电流传感器
CN109883456A (zh) 一种磁电阻惯性传感器芯片
CN105866713B (zh) 状态反馈式自激励磁通门传感器
CN101545958A (zh) 双向磁饱和时间差磁通门传感器
CN108983124B (zh) 磁饱和状态反馈式磁通门传感器
JP2003139562A (ja) 変位センサ
CN106371039A (zh) 时间差型磁通门传感器共模噪声抑制装置及噪声抑制方法
CN203630195U (zh) 巨磁阻电流传感器
CN203535102U (zh) 巨磁阻效应电流传感器
WO2022037099A1 (zh) 一种低成本电流传感器
JP2816175B2 (ja) 直流電流測定装置
CN115327202B (zh) 一种tmr电流传感器
CN209605842U (zh) 一种磁电阻惯性传感器芯片
CN204228660U (zh) 磁导率传感器
JP2001116773A (ja) 電流センサー及び電流検出装置
US20160161573A1 (en) Magnetic field detection device
JP2008107119A (ja) 電流センサ
JP2002286764A (ja) 電流センサ、ダブル電流センサ及び電流検知装置
WO2022036776A1 (zh) 基于芯片型线圈的磁通门电流传感器
KR100884389B1 (ko) 3축 홀 센서 및 그의 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19934716

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 19934716

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1