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屏蔽式開環(huán)無(wú)聚磁環(huán)隧道磁阻傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種屏蔽式開環(huán)無(wú)聚磁環(huán)隧道磁阻傳感器，包括傳感器外殼及設(shè)置于所述傳感器外殼內(nèi)部的U型導(dǎo)線、隧道磁電阻和硅鋼片，其中：所述U型導(dǎo)線的兩邊分別為待測(cè)電流輸入端、待測(cè)電流輸出端；在所述U型導(dǎo)線兩邊的正下方分別設(shè)置一所述隧道磁電阻，所述隧道磁電阻的感應(yīng)方向?yàn)槠叫杏谒淼来烹娮璧钠叫写艌?chǎng)，兩隧道磁電阻分別感應(yīng)U型導(dǎo)線中兩邊不同方向電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)，輸出兩個(gè)電壓信號(hào)；所述硅鋼片內(nèi)嵌于所述傳感器外殼內(nèi)用于屏蔽外界的磁干擾。本發(fā)明改善了溫度對(duì)電流傳感器輸出的影響，改善了電流傳感器適應(yīng)復(fù)雜工作環(huán)境的能力，不僅在全溫度范圍大大提高了電流傳感器的輸出精度，溫度特性是傳統(tǒng)相同類型傳感器的7倍。
【專利說明】屏蔽式開環(huán)無(wú)聚磁環(huán)隧道磁阻傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種磁傳感器，具體地說，涉及的是一種屏蔽式開環(huán)無(wú)聚磁環(huán)隧道磁阻傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)開環(huán)電流傳感器基于霍爾效應(yīng)的原理，這一現(xiàn)象是美國(guó)物理學(xué)家霍爾于1897年研究金屬導(dǎo)電機(jī)制時(shí)發(fā)現(xiàn)的。當(dāng)電流垂直于外磁場(chǎng)通過導(dǎo)體時(shí)，在導(dǎo)體的垂直于磁場(chǎng)和電流方向的兩個(gè)端面之間會(huì)出現(xiàn)電勢(shì)，傳統(tǒng)霍爾開環(huán)電流傳感器是通過聚磁環(huán)將被測(cè)導(dǎo)體中流過電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)聚集在開有間隙的磁環(huán)中，將霍爾感應(yīng)芯片置于聚磁環(huán)間隙中，間隙中的磁場(chǎng)垂直穿過霍爾感應(yīng)芯片，感應(yīng)芯片兩端產(chǎn)生一個(gè)霍爾電勢(shì)差，通過后續(xù)的放大電路將感應(yīng)信號(hào)發(fā)大，電流變化時(shí)輸出信號(hào)成線性變化，通過電路算法運(yùn)算可得出待測(cè)電流的大小；但是由于磁芯溫度一旦超過其居里溫度，磁芯的磁導(dǎo)率會(huì)急劇下降，不同的材質(zhì)的磁芯所承受的居里溫度不固定，高導(dǎo)磁磁芯的居里溫度通常很低，其實(shí)在達(dá)到定義的居里溫度之前磁導(dǎo)率已經(jīng)開始急劇下降了，導(dǎo)磁率下降直接導(dǎo)致電流傳感器磁芯聚磁能力下降、輸出不準(zhǔn)確，無(wú)法達(dá)到準(zhǔn)確隔離測(cè)試待測(cè)電流的作用，大大影響和限制了電流傳感器的使用和測(cè)試環(huán)境。因此如何解決溫度對(duì)聚磁環(huán)的影響已經(jīng)成為制約電流傳感器使用、開發(fā)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足，提供一種屏蔽式開環(huán)無(wú)聚磁環(huán)隧道磁阻傳感器，該傳感器改善了溫度對(duì)電流傳感器輸出的影響，改善了電流傳感器適應(yīng)復(fù)雜工作環(huán)境的能力。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明所述的一種屏蔽式開環(huán)無(wú)聚磁環(huán)隧道磁阻傳感器，包括傳感器外殼及設(shè)置于所述傳感器外殼內(nèi)部的U型導(dǎo)線、隧道磁電阻和硅鋼片，其中:所述U型導(dǎo)線的兩邊分別為待測(cè)電流輸入端、待測(cè)電流輸出端。在所述U型導(dǎo)線兩邊的正下方分別設(shè)置一所述隧道磁電阻，所述隧道磁電阻的感應(yīng)方向?yàn)槠叫杏谒淼来烹娮璧钠叫写艌?chǎng)，兩隧道磁電阻分別感應(yīng)U型導(dǎo)線中兩邊不同方向電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)，輸出兩個(gè)電壓信號(hào)。所述硅鋼片內(nèi)嵌于所述傳感器外殼內(nèi)用于屏蔽外界的磁干擾。
[0005]優(yōu)選的，兩所述隧道磁電阻輸入端連接LDO(低壓差線性穩(wěn)壓器)，以提供穩(wěn)定的供電電壓，兩所述隧道磁電阻輸出端連接一差分放大電路，當(dāng)隧道磁電阻上方U型導(dǎo)線有電流通過時(shí)，兩個(gè)隧道磁電阻分別產(chǎn)生一個(gè)電壓輸出信號(hào)，經(jīng)過后續(xù)差分放大電路輸出一個(gè)隨U型導(dǎo)線電流變化而變化的線性電壓信號(hào)。
[0006]更優(yōu)的，在兩所述隧道磁電阻與所述差分放大電路之間，分別設(shè)置一跟隨器。
[0007]本發(fā)明采用隧道磁電阻作為電流傳感器的敏感芯片，隧道磁電阻的感應(yīng)方向?yàn)槠叫杏谛酒钠叫写艌?chǎng)，由于隧道磁電阻的高靈敏度，無(wú)需聚磁環(huán)的聚磁效果，將被測(cè)電流接入U(xiǎn)型導(dǎo)線，兩隧道磁電阻分別感應(yīng)U型導(dǎo)線中兩邊不同方向電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)，輸出兩個(gè)電壓信號(hào)，再通過后續(xù)差分放大電路處理后輸出測(cè)試信號(hào)#型導(dǎo)線設(shè)計(jì)巧妙的解決了一條電流線路產(chǎn)生兩個(gè)方向平行磁場(chǎng)的需要，U型導(dǎo)線兩邊正下方各放置一隧道磁電阻，通過調(diào)整隧道磁電阻與U型導(dǎo)線之間的垂直距離，可調(diào)整隧道磁電阻的輸出信號(hào)大小，即由于U型導(dǎo)線兩端產(chǎn)生的磁場(chǎng)隨著距離的增大磁場(chǎng)越小，隧道磁電阻感應(yīng)的輸出信號(hào)越小，由于隧道磁電阻的高靈敏度，無(wú)需聚磁環(huán)的聚磁效果；因此外界溫度的變化對(duì)于無(wú)磁芯的隧道磁阻傳感器幾乎沒有影響。
[0008]另外，本發(fā)明在該傳感器的外殼內(nèi)嵌入硅鋼片，硅鋼片的作用在于屏蔽外界的磁干擾，例如地磁干擾、工作環(huán)境中可能產(chǎn)生的磁干擾等不良因素，這一磁屏蔽的設(shè)計(jì)大大提高了傳感器的輸出精度和抗干擾能力及在復(fù)雜環(huán)境下工作能力。
[0009]本發(fā)明有益效果:
[0010]本發(fā)明不僅在全溫度范圍大大提高了電流傳感器的輸出精度，溫度特性是傳統(tǒng)相同類型傳感器的7倍，由于屏蔽式的嵌入式結(jié)構(gòu)極大的降低了地磁對(duì)于傳感器的影響，地磁的影響是傳統(tǒng)電流傳感器相同類型的十五分之一左右。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明一實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖2為圖1所示側(cè)視圖；
[0013]圖3為本發(fā)明電路原理圖。
[0014]圖中:1為U型導(dǎo)線，2、2_1為隧道磁電阻，3為硅鋼片，4為輸出供電端子，5為待測(cè)電流輸入端，6為待測(cè)電流輸出端。
【具體實(shí)施方式】
[0015]以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的解釋，但是以下的內(nèi)容不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0016]如圖1所示，本實(shí)施例提供一種屏蔽式開環(huán)無(wú)聚磁環(huán)隧道磁阻傳感器，包括傳感器外殼和設(shè)置于所述傳感器外殼內(nèi)的U型導(dǎo)線1、隧道磁電阻2、2-1和硅鋼片3，其中:所述U型導(dǎo)線I的兩邊分別為待測(cè)電流輸入端5、待測(cè)電流輸出端6。在所述U型導(dǎo)線I兩邊的正下方分別設(shè)置一所述隧道磁電阻即隧道磁電阻2和隧道磁電阻2-1，所述隧道磁電阻2、2-1的感應(yīng)方向?yàn)槠叫杏谒淼来烹娮璧钠叫写艌?chǎng)，兩隧道磁電阻2、2-1分別感應(yīng)U型導(dǎo)線I中兩邊不同方向電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)，輸出兩個(gè)電壓信號(hào)。所述硅鋼片3內(nèi)嵌于所述傳感器外殼內(nèi)用于屏蔽外界的磁干擾。
[0017]本實(shí)施例中，所述傳感器外殼內(nèi)部設(shè)有PCB板,所述U型導(dǎo)線I固定于所述PCB板上，所述隧道磁電阻2、2_1貼片于所述PCB板上。所述PCB板上設(shè)有塑料件，通過該塑料件調(diào)節(jié)所述U型導(dǎo)線I與所述隧道磁電阻2、2-1之間的距離。
[0018]本實(shí)施例所述的傳感器，采用隧道磁電阻2、2_1作為電流傳感器的敏感芯片，隧道磁電阻2、2-1的感應(yīng)磁場(chǎng)方向區(qū)別于傳統(tǒng)霍爾的垂直方向，隧道磁電阻2、2-1的感應(yīng)方向?yàn)槠叫杏谛酒钠叫写艌?chǎng)，由于隧道磁電阻2、2-1的高靈敏度，無(wú)需聚磁環(huán)的聚磁效果，將被測(cè)電流接入U(xiǎn)型導(dǎo)線I的待測(cè)電流輸入端5，兩隧道磁電阻2-1和2分別感應(yīng)U型導(dǎo)線I中左右兩邊不同方向電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)，輸出兩個(gè)電壓信號(hào)，通過后續(xù)差分放大電路處理后輸出測(cè)試信號(hào)，U型導(dǎo)線I設(shè)計(jì)巧妙的解決了一條電流線路產(chǎn)生兩個(gè)方向平行磁場(chǎng)的需要，U型導(dǎo)線I左右兩邊正下方各放置一隧道磁電阻2-1、2，通過調(diào)整隧道磁電阻2、2-1與U型導(dǎo)線I之間的垂直距離，可調(diào)整隧道磁電阻2、2-1的輸出信號(hào)大小，即由于U型導(dǎo)線I兩端產(chǎn)生的磁場(chǎng)隨著距離的增大磁場(chǎng)越小，隧道磁電阻2、2-1感應(yīng)的輸出信號(hào)越小，由于隧道磁電阻2、2-1的高靈敏度，無(wú)需聚磁環(huán)的聚磁效果；因此外界溫度的變化對(duì)于無(wú)磁芯的隧道磁阻傳感器幾乎沒有影響。
[0019]另外在該傳感器的外殼內(nèi)嵌入硅鋼片3，硅鋼片3嵌入外殼的作用在于屏蔽外界的磁干擾，例如地磁干擾、工作環(huán)境中可能產(chǎn)生的磁干擾等不良因素，這一磁屏蔽的設(shè)計(jì)大大提高了傳感器的輸出精度和抗干擾能力及在復(fù)雜環(huán)境下工作能力。
[0020]如圖3所示，兩隧道磁電阻2、2_1通過LDO(低壓差線性穩(wěn)壓器)提供穩(wěn)定的供電電壓，當(dāng)兩隧道磁電阻2、2-1上方的U型導(dǎo)線I有電流通過時(shí)，兩隧道磁電阻2、2-1分別產(chǎn)生一個(gè)電壓輸出信號(hào)，經(jīng)過后續(xù)差分放大電路輸出一個(gè)隨U型導(dǎo)線I電流變化而變化的線性電壓信號(hào)。在另一實(shí)施例中，可以在兩所述隧道磁電阻與所述差分放大電路之間，分別設(shè)置一跟隨器。
[0021]從以上描述可以看出，本發(fā)明能達(dá)到準(zhǔn)確隔離測(cè)試待測(cè)電流，解決現(xiàn)有溫度對(duì)聚磁環(huán)影響的問題，在全溫度范圍大大提高了電流傳感器的輸出精度。
[0022]盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對(duì)于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。
【權(quán)利要求】
1.一種屏蔽式開環(huán)無(wú)聚磁環(huán)隧道磁阻傳感器，其特征在于包括傳感器外殼及設(shè)置于所述傳感器外殼內(nèi)部的U型導(dǎo)線、隧道磁電阻和硅鋼片，其中:所述U型導(dǎo)線的兩邊分別為待測(cè)電流輸入端、待測(cè)電流輸出端；在所述U型導(dǎo)線兩邊的正下方分別設(shè)置一所述隧道磁電阻，所述隧道磁電阻的感應(yīng)方向?yàn)槠叫杏谒淼来烹娮璧钠叫写艌?chǎng)，兩隧道磁電阻分別感應(yīng)U型導(dǎo)線中兩邊不同方向電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)，輸出兩個(gè)電壓信號(hào)；所述硅鋼片內(nèi)嵌于所述傳感器外殼內(nèi)用于屏蔽外界的磁干擾。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種屏蔽式開環(huán)無(wú)聚磁環(huán)隧道磁阻傳感器，其特征在于:所述傳感器外殼內(nèi)部設(shè)有PCB板，所述U型導(dǎo)線固定于所述PCB板上，所述隧道磁電阻貼片于所述PCB板上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種屏蔽式開環(huán)無(wú)聚磁環(huán)隧道磁阻傳感器，其特征在于:所述隧道磁電阻與U型導(dǎo)線之間的垂直距離可調(diào)整，從而調(diào)整隧道磁電阻的輸出信號(hào)大小。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種屏蔽式開環(huán)無(wú)聚磁環(huán)隧道磁阻傳感器，其特征在于:所述PCB板上設(shè)有塑料件，通過該塑料件調(diào)節(jié)所述U型導(dǎo)線與所述隧道磁電阻之間的距離。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的一種屏蔽式開環(huán)無(wú)聚磁環(huán)隧道磁阻傳感器，其特征在于:兩所述隧道磁電阻輸入端連接低壓差線性穩(wěn)壓器，以提供穩(wěn)定的供電電壓，兩所述隧道磁電阻輸出端連接一差分放大電路，當(dāng)隧道磁電阻上方U型導(dǎo)線有電流通過時(shí)，兩個(gè)隧道磁電阻分別產(chǎn)生一個(gè)電壓輸出信號(hào)，經(jīng)過后續(xù)差分放大電路輸出一個(gè)隨U型導(dǎo)線電流變化而變化的線性電壓信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種屏蔽式開環(huán)無(wú)聚磁環(huán)隧道磁阻傳感器，其特征在于:在兩所述隧道磁電阻與所述差分放大電路之間，分別設(shè)置一跟隨器。
【文檔編號(hào)】G01R19/32GK103487632SQ201310472872
【公開日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2013年10月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月11日
【發(fā)明者】王愛斌 申請(qǐng)人:上海飛軒電子有限公司