一种基于巨磁电阻效应的电流测量装置

技术特征：
1.一种基于巨磁电阻效应的电流测量装置，所述装置包括：高频磁芯、主电流第一线圈、第一巨磁电阻、第二巨磁电阻、第三巨磁电阻、第四巨磁电阻、差压测量放大电路、电流驱动和电压测量电路、检流电阻、主电流第二线圈、测量电流励磁线圈，其特征在于，所述高频磁芯用于传导磁场，整体大致呈矩形，包括第一长边、第二长边、位于左侧的第一短边、位于右侧的第二短边；所述主电流第一线圈靠左布置在所述高频磁芯的第一长边上，并且所述主电流第一线圈的线圈缠绕方向及通入的主电路电流i
s
的方向应使得所述主电流第一线圈产生方向向右的磁场；所述主电流第二线圈靠左布置在所述高频磁芯的第二长边上，且所述主电流第二线圈与主电流第一线圈串联布置，所述主电流第二线圈的线圈缠绕方向及通入的主电路电流i
s
的方向应使得所述主电流第二线圈产生方向向左的磁场；所述测量电流励磁线圈布置在所述高频磁芯位于右侧的第二短边上，用于产生与所述主电流第一线圈、主电流第二线圈方向相反的磁场；所述第一巨磁电阻、第二巨磁电阻布置在所述高频磁芯的第二长边上，并依次布置在所述主电流第二线圈的右侧；所述第三巨磁电阻、第四巨磁电阻布置在所述高频磁芯的第一长边上，并依次布置在所述主电流第一线圈的右侧；且所述第一巨磁电阻、第二巨磁电阻、第三巨磁电阻、第四巨磁电阻通过导线配置成惠斯登电桥，用于测量所述高频磁芯中的磁场强度，当所述高频磁芯中的磁场大小和方向发生变化时，所述第一巨磁电阻、第二巨磁电阻、第三巨磁电阻、第四巨磁电阻的阻值发生相应变化，电桥产生差分电压；所述差压测量放大电路的输入端通过导线与所述惠斯登电桥连接，用以产生电桥所需的稳定参考电压，并对电桥产生的差分电压信号进行放大和调节，得到所需要的响应动态；所述电流驱动和电压测量电路通过导线与所述差压测量放大电路的输出端连接，用于根据所述差压测量放大电路的输出电压v
r
产生驱动电流i
d
；所述电流驱动和电压测量电路的输出端通过导线与所述测量电流励磁线圈连接，且在二者之间的连接导线上设置有接地的测量检流电阻，所述电流驱动和电压测量电路根据所述测量检流电阻的端电压进行调理和校正后输出电压v
o
，输出电压v
o
与主电路电流i
s
存在一一对应的关系，输出电压v
o
输出至外部电路采集，校正后可知主电路电流i
s
的值。2.根据上述权利要求所述的基于巨磁电阻效应的电流测量装置，其特征在于，所述主电流第一线圈、主电流第二线圈、测量电流励磁线圈用于产生磁场，励磁线圈用于产生磁场产生的磁场方向与主电流第一线圈、主电流第二线圈产生的磁场方向相反，使得整个电流测量电路工作在负反馈闭环状态。3.根据上述权利要求所述的基于巨磁电阻效应的电流测量装置，其特征在于，所述第一巨磁电阻、第二巨磁电阻、第三巨磁电阻、第四巨磁电阻采用巨磁电阻效应材料做成，配置成惠斯登电桥形式，用于测量所述高频磁芯中的磁场强度，当所述高频磁芯中的磁场大小和方向发生变化时，所述第一巨磁电阻、第二巨磁电阻、第三巨磁电阻、第四巨磁电阻的阻值发生相应变化，电桥产生差分电压。4.根据上述权利要求所述的基于巨磁电阻效应的电流测量装置，其特征在于，所述差压测量放大电路用于产生电桥所需的稳定参考电压，对差分电压信号进行放大和调节，得到所需要的响应动态。
5.根据上述权利要求所述的基于巨磁电阻效应的电流测量装置，其特征在于，所述电流驱动和电压测量电路用于电压电流转换、测量检流电阻的端电压并进行调理和校正，然后输出电压至外部电路。6.根据上述权利要求所述的基于巨磁电阻效应的电流测量装置，其特征在于，所述第一巨磁电阻、第二巨磁电阻、第三巨磁电阻、第四巨磁电阻深埋于所述高频磁芯中，并从其对磁场不敏感的方向接出引线。7.根据上述权利要求所述的基于巨磁电阻效应的电流测量装置，其特征在于，所述差压测量放大电路，包括带温补的参考电压产生电路、电压调节器、电压预放大器，其中，所述带温补的参考电压产生电路通过导线与所述惠斯登电桥连接，用于产生温漂小的高精度参考电压并提供给惠斯登电桥使用；所述电压预放大器的输入端通过导线与所述惠斯登电桥连接，其传递函数为k(放大环节)，用于对微小差分信号进行预放大，提高所述差压测量放大电路的精度和稳定性，并通过调节该值来调节电流测量范围；所述电压调节器的输入端通过导线与所述电压预放大器的输出端连接，用于调节控制闭环的响应动态，其传递函数设置成其中，g
s
为电压调节器的传递函数，k
p2
为比例系统，t
i
为积分时间常数，t
d
为微分时间常数，s为拉普拉斯变换符号。

技术总结
本发明公开了一种基于巨磁电阻效应的电流测量装置，该装置包括高频磁芯，主电流第一线圈、第一巨磁电阻、第二巨磁电阻、第三巨磁电阻、第四巨磁电阻、差压测量放大电路、电流驱动和电压测量电路，检流电阻、主电流第二线圈、测量电流励磁线圈。该装置采用隔离闭环方式测量电流，高频磁芯中的磁场强度约为0，工作在线性区，避免了因为磁饱和、磁滞等非线性因素带来的误差。另外，采用带温补的参考电压产生电路产生电桥所需的参考电压，进一步提高了测量精度。该装置采用隔离方式测量电流，安全性高且对原电路影响小。该装置中巨磁电阻配置成电桥形式，并采用深埋于磁芯中和从磁场不敏感方向引线的工艺，最大限度避免了杂散磁场的干扰。最大限度避免了杂散磁场的干扰。最大限度避免了杂散磁场的干扰。


技术研发人员：胡春艳 谭湘敏 韩博 孙嘉娴 陈志
受保护的技术使用者：中国科学院工程热物理研究所
技术研发日：2022.03.14
技术公布日：2022/6/21