[实用新型]阵列式巨磁阻抗效应电流传感器

说明书

技术领域

本实用新型属于电流测量装置技术领域，特别涉及一种阵列式巨磁阻抗(GMI)效应电流传感器。

背景技术

电流测量在生产科研各领域是一个重要问题，现在有很多的新技术和新材料都应用到电流测量的装置上。最常用的电流传感器有变流器型电流传感器、罗式(Rogowski)线圈、分路电阻和霍尔(Hell)元件电流传感器等，但这些传感器都有一定的缺陷。变流器型电流传感器和罗氏线圈测电流，要求线圈绕制特别精确，信号处理要求较高，而且只能用于交流电流的测量；分路电阻可测交流与直流电流，但它本身只是一个电阻，功耗很大；霍尔器件输出信号变化小，测量电流时还有一定的磁场方向各向异性，而且上述传感器的电路太过复杂，成本较高。

直到1992年，日本名古屋大学的K.Mohri等人在CoFeSiB软磁非晶丝中发现了巨磁阻抗(giant magneto-impedance，GMI)效应，以及现在非晶材料制作工艺的成熟，才使性能稳定、高灵敏度、响应速度快、非接触、低成本的磁敏传感器设计成为可能。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种基于非晶软磁条带所具有的巨磁阻抗(GMI)效应设计的阵列式巨磁阻抗效应电流传感器，它能够很好的解决了使巨磁阻抗变化率与被检测电流产生磁场一一对应、噪声低、扩大测量范围的问题；并且本实用新型结构简明，经济实用。

巨磁阻抗电流传感器原理是，在电路中对非晶软磁条带加载高频的交流信号，非晶带两端会有相应的高频交流电压信号；当外加待测电流产生磁场作用于非晶带上时，非晶带的交流阻抗会发生变化，相应两端的高频电压信号也会变化，可用此高频电压信号的变化来反映外加待测电流的变化。

本实用新型所述的阵列式巨磁阻抗效应电流传感器，由阵列式GMI非晶电流传感器探头1、2，振荡及整流电路3、4和后续调零放大器5、数字显示器6组成；其特征在于：

(1)阵列式电流传感器探头1、2是由多个具有良好软磁特性的长方形非晶带单元8由铜线9串联焊接起来的，且两个阵列式探头1、2要求一样，

其平行对称地放置在通电导线10的两侧；

(2)在通电导线10的下面设置有永磁体7，通过其提供偏置磁场固定阵列式探头1、2在非晶带材料GMI率随磁场变化曲线上的工作点，以便采取差动式结构，偏置磁场的大小由永磁体7的磁场强度及永磁体7到探头1、2的距离决定；

(3)振荡及整流电路3、4均由科比茨振荡电路11、前置放大电路12和整流电路13组成，科比茨振荡电路11为探头提供高频交流信号，前置放大电路12的输入端接非晶带单元8的两端，经其放大的非晶带单元8两端的信号由输出端接整流电路13，整流电路13将非晶带产生的高频交流信号转化为二倍交流信号峰值的直流信号U₁、U₂，

(4)上述直流信号U₁、_U2接调零输出放大器5，经运算调零后送数字显示器6，即得待测电流I。

实用新型中所说的科比茨振荡电路11是由截止频率为3～60MHz的晶体管构成，基极与直流电源V_cc间和基极与地间的两个分压电阻16、17的阻值相等；频率为1～20MHz的晶体振荡器(晶振)15和起振电容14串接在基极与地之间；探头1一端接地，另一端与负载电阻21串联后连接晶体管的发射极，探头1作发射极负载的一部分存在，且科比茨振荡电路11的振荡频率值取决于晶振15的频率，即探头1非晶带的工作频率；晶振15的频率范围最好在1～12MHz，最佳频率范围是2～5MHz，可以使用石英晶振。

所说的阵列式电流传感器探头1、2是由4～30个具有良好软磁特性的长方形非晶带单元8由铜线9串联焊接起来的，非晶带单元长为5～25mm，宽为0.5～10mm，厚10um～40um，两个非晶带单元的距离为0.5～10mm；且两个阵列式探头1、2要求一样；传感器采用差动式结构，两个阵列式的探头1、2对称的放在通电导线10的两侧，导线到阵列式传感器探头的距离均为1～20mm。

非晶带单元8是不用退火处理的，最大巨磁阻抗变化率(GMI率)达50％以上的Co非晶带或Fe基纳米晶材料的薄带均适用于本专利。用一个永磁体7来提供偏置磁场，偏置磁场的范围是10～30Oe；