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    • 专利摘要:
    本实用新型提出了一种基于AMR传感器阵列的小电流测量装置，包括左右间隔设置的第一双轴AMR芯片和第一单轴AMR芯片，所述第一双轴AMR芯片上方的左侧从上到下依次间隔设置有第二单轴AMR芯片和第二双轴AMR芯片，所述第一双轴AMR芯片的左侧间隔设置有第三双轴AMR芯片，所述第三双轴AMR芯片的左侧间隔有第三单轴AMR芯片，所述第二双轴AMR芯片的正下方间隔设置有第四双轴AMR芯片，所述第四双轴AMR芯片的正下方间隔设置有第四单轴AMR芯片，借此，本实用新型具有能避免传感器的输出受到环境中存在其他电气设备和导线产生的干扰磁场、地磁场影响以及传感器安装位置偏移的问题的优点。
    公开号:CN214335046U
    申请号:CN202022482534.6U
    申请日:2020-10-30
    公开日:2021-10-01
    发明作者:李伟；刘育东；赖明聪
    申请人:Hylight Technology Co ltd；
    IPC主号:G01R15-20
    专利说明:
    [n0001] 本实用新型属于磁传感器技术领域，特别涉及一种基于AMR传感器阵列的小电流测量装置。
    [n0002] 目前，电网中常用电流互感器对电流进行监测，但是由于零序电流等电流强度较小，电流互感器对于这种小电流的测量误差较大，同时传统的电流互感器还存在体积较大，成本较高的缺点。因此有必要开发一种新的电流测量技术。
    [n0003] 有研究者提出了基于霍尔传感器的电流测量技术。该技术利用霍尔传感器对磁场进行测量进而实现电流测量的目的。目前常用霍尔传感器阵列进行电流的测量，通过数据平均化的方法使得传感器阵列可以补偿单个传感器的测量误差。
    [n0004] 但是该种方法存在如下缺点：传感器的输出易受到干扰磁场以及位置偏移的影响。目前的研究仅单独补偿一种影响因素，没有达到同时解决干扰磁场误差和位置偏移误差的目的。同时常用的霍尔传感器精度不足，灵敏度较低，且对于小于1Gs的磁场测量误差较大。
    [n0005] 本实用新型提出一种基于AMR传感器阵列的小电流测量装置，避免传感器的输出受到环境中存在其他电气设备和导线产生的干扰磁场、地磁场影响以及传感器安装位置偏移的问题。
    [n0006] 本实用新型的技术方案是这样实现的：一种基于AMR传感器阵列的小电流测量装置，包括左右间隔设置的第一双轴AMR芯片和第一单轴AMR芯片，第一双轴AMR芯片上方的左侧从上到下依次间隔设置有第二单轴AMR芯片和第二双轴AMR芯片，第一双轴AMR芯片的左侧间隔设置有第三双轴AMR芯片，第三双轴AMR芯片的左侧间隔有第三单轴AMR芯片，第二双轴AMR芯片的正下方间隔设置有第四双轴AMR芯片，第四双轴AMR芯片的正下方间隔设置有第四单轴AMR芯片。
    [n0007] 作为一种优选的技术方案，第一单轴AMR芯片、第二单轴AMR芯片、第三单轴AMR芯片和第四单轴AMR芯片为同一型号单轴AMR芯片。
    [n0008] 作为一种优选的技术方案，第一双轴AMR芯片、第二双轴AMR芯片、第三双轴AMR芯片和第四双轴AMR芯片为同一型号双轴AMR芯片。
    [n0009] 作为一种优选的技术方案，第一单轴AMR芯片、第一双轴AMR芯片、第三单轴AMR芯片和第三双轴AMR芯片位于同一直线上，第二单轴AMR芯片、第二双轴AMR芯片、第四单轴AMR芯片和第四双轴AMR芯片位于同一直线上。
    [n0010] 作为一种优选的技术方案，第一双轴AMR芯片和第三双轴AMR芯片之间的连线与第二双轴AMR芯片和第四双轴AMR芯片之间的连线互相垂直。
    [n0011] 采用了上述技术方案后，本实用新型的有益效果是：
    [n0012] 1、AMR传感器相比于电流互感器具有线性度好，体积小，成本低的优点，能对小电流进行有效测量；
    [n0013] 2、其次本实用新型提出的方案既补偿了串扰误差，又补偿了偏心误差，同时对传感器的倾斜误差也有较好的修正作用，测量精度较高。
    [n0014] 为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
    [n0015] 图1为本实用新型结构示意图；
    [n0016] 图2为传感器阵列测量方案示意图。
    [n0017] 图中，1-第一单轴AMR芯片；2-第一双轴AMR芯片；3-第二单轴AMR芯片；4-第二双轴AMR芯片；5-第三单轴AMR芯片；6-第三双轴AMR芯片；7-第四单轴AMR芯片；8-第四双轴AMR芯片。
    [n0018] 下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
    [n0019] 根据图1～图2所示，一种基于AMR传感器阵列的小电流测量装置，包括左右间隔设置的第一双轴AMR芯片2和第一单轴AMR芯片1，第一双轴AMR芯片2上方的左侧从上到下依次间隔设置有第二单轴AMR芯片3和第二双轴AMR芯片4，第一双轴AMR芯片2的左侧间隔设置有第三双轴AMR芯片6，第三双轴AMR芯片6的左侧间隔有第三单轴AMR芯片5，第二双轴AMR芯片4的正下方间隔设置有第四双轴AMR芯片8，第四双轴AMR芯片8的正下方间隔设置有第四单轴AMR芯片7。
    [n0020] 第一单轴AMR芯片1、第二单轴AMR芯片3、第三单轴AMR芯片5和第四单轴AMR芯片7为同一型号单轴AMR芯片。第一双轴AMR芯片2、第二双轴AMR芯片4、第三双轴AMR芯片6和第四双轴AMR芯片8为同一型号双轴AMR芯片。第一单轴AMR芯片1、第一双轴AMR芯片2、第三单轴AMR芯片5和第三双轴AMR芯片6位于同一直线上，第二单轴AMR芯片3、第二双轴AMR芯片4、第四单轴AMR芯片7和第四双轴AMR芯片8位于同一直线上。第一双轴AMR芯片2和第三双轴AMR芯片6之间的连线与第二双轴AMR芯片4和第四双轴AMR芯片8之间的连线互相垂直。
    [n0021] 针对传统电流互感器(CT)和霍尔电流传感器阵列的缺点和不足，本发明采用AMR传感器阵列进行电流测量，AMR传感器相比于CT和霍尔传感器具有功耗低，灵敏度高，适合低磁场测量的优点。
    [n0022] 目前的传感器阵列测量装置大多仅有一层单轴传感器，本发明提出一种单双轴AMR传感器阵列布置方案，如图2所示。图2中箭头为AMR芯片的轴向方向。AMR传感器通过特定的传感器布置，感知电流产生的磁场，补偿干扰磁场的影响，进而测量出待测电流数值。该阵列由8个AMR传感器组成，其中内圈为四个双轴AMR磁传感器，外圈为四个单轴AMR磁传感器，箭头代表AMR传感器的轴方向。根据图2,r0为内圈传感器到阵列中心的距离，r1为外圈传感器到阵列中心的距离，内圈传感器坐标Si(xi,yi)(i＝1,2,3,4)为：S1(r,0),S1(0,r),S3(―r,0),S4(0,―r)。外圈传感器坐标为：S1w(r1,0),S2w(0,r1),S3w(―r1,0),S40(0,―r1)。r＝30mm，r1＝40mm。
    [n0023] 磁传感器测电流原理：根据安培定律知在通电流的长直导线周围，会有磁场产生，其磁感线的形状为以导线为圆心一封闭的同心圆，且磁场的方向与电流的方向互相垂直。根据毕奥-萨伐尔定律可以得到电流I与磁感应强度B的关系为：
    [n0024]
    [n0025] 其中μ0是真空磁导率，r是传感器与被测电流的距离；ɑ是被测电流产生的磁场的方向和传感器敏感轴之间的夹角。因此可以通过测量待测电流产生的磁场进而测得导线的电流。
    [n0026] 电流测量步骤：
    [n0027] a.根据内圈传感器的输出数据确定导线的偏心位置坐标(x0，y0)；
    [n0028] b.由所有传感器的输出数据和导线的位置坐标确定测量电流I1、I2、I3、I4
    [n0029] c.取平均值得到最终的测量电流Im。
    [n0030] 根据图1所示电流在任意位置产生的X,Y方向的磁感应强度可表示为：
    [n0031]
    [n0032]
    [n0033] 其中μ0是真空磁导率，(xk，yk)为空间中任意位置，(x0，y0)为被测电流位置。
    [n0034] 传感器偏心定位过程：
    [n0035]
    [n0036]
    [n0037]
    [n0038]
    [n0039] 其中根据AMR双轴传感器输出数据以及传感器阵列的内圈半径即可求出导体的偏心位置。根据传感器坐标即可得到导线位置坐标的表达式：
    [n0040]
    [n0041] 干扰磁场误差补偿：
    [n0042] 布置外圈单轴传感器后可以有效补偿干扰磁场误差。
    [n0043]
    [n0044]
    [n0045]
    [n0046]
    [n0047]
    [n0048] 其中Bix(i＝1,2,3,4)为双轴传感器X轴向的磁场测量数据，Biy(i＝1,2,3,4)双轴传感器Y轴向的磁场测量数据。Biwx(i＝1,2,3,4)为单轴传感器X轴向的磁场测量数据，Biwy(i＝1,2,3,4)单轴传感器Y轴向的磁场测量数据。Ii(i＝1,2,3,4)为传感器组Si和SiW测量数据进行叠加计算出的待测电流,Im为进行平均化处理后的待测电流即最终电流测量值。
    [n0049] AMR传感器相比于电流互感器具有线性度好，体积小，成本低的优点。能对小电流进行有效测量。本实用新型提出的方案既补偿了串扰误差，又补偿了偏心误差，同时对传感器的倾斜误差也有较好的修正作用，测量精度较高在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。在本实用新型的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
    [n0050] 以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
    权利要求:
    Claims (5)
    [0001] 1.一种基于AMR传感器阵列的小电流测量装置，其特征在于，包括左右间隔设置的第一双轴AMR芯片和第一单轴AMR芯片，所述第一双轴AMR芯片上方的左侧从上到下依次间隔设置有第二单轴AMR芯片和第二双轴AMR芯片，所述第一双轴AMR芯片的左侧间隔设置有第三双轴AMR芯片，所述第三双轴AMR芯片的左侧间隔有第三单轴AMR芯片，所述第二双轴AMR芯片的正下方间隔设置有第四双轴AMR芯片，所述第四双轴AMR芯片的正下方间隔设置有第四单轴AMR芯片。
    [0002] 2.根据权利要求1所述的一种基于AMR传感器阵列的小电流测量装置，其特征在于，所述第一单轴AMR芯片、第二单轴AMR芯片、第三单轴AMR芯片和第四单轴AMR芯片为同一型号单轴AMR芯片。
    [0003] 3.根据权利要求2所述的一种基于AMR传感器阵列的小电流测量装置，其特征在于，所述第一双轴AMR芯片、第二双轴AMR芯片、第三双轴AMR芯片和第四双轴AMR芯片为同一型号双轴AMR芯片。
    [0004] 4.根据权利要求1所述的一种基于AMR传感器阵列的小电流测量装置，其特征在于，所述第一单轴AMR芯片、第一双轴AMR芯片、第三单轴AMR芯片和第三双轴AMR芯片位于同一直线上，所述第二单轴AMR芯片、第二双轴AMR芯片、第四单轴AMR芯片和第四双轴AMR芯片位于同一直线上。
    [0005] 5.根据权利要求4所述的一种基于AMR传感器阵列的小电流测量装置，其特征在于，所述第一双轴AMR芯片和第三双轴AMR芯片之间的连线与第二双轴AMR芯片和第四双轴AMR芯片之间的连线互相垂直。
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2021-10-01| GR01| Patent grant|
    2021-10-01| GR01| Patent grant|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    CN202022482534.6U|CN214335046U|2020-10-30|2020-10-30|一种基于amr传感器阵列的小电流测量装置|CN202022482534.6U| CN214335046U|2020-10-30|2020-10-30|一种基于amr传感器阵列的小电流测量装置|
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