TMR-悬臂梁复合式高灵敏度电流传感器的研究
发布时间：2021-05-08 09:47
随着科技发展与社会进步,电信号已成为上至国防安全与科学研究下至人民生活与工业生产,大至国家电网与航空航天小至家用电器与精密仪器中不可或缺的要素,承载着能量传输与信息通讯等非常重要的角色。在多种电学参量（如电容、电感、电流、电压等）中,电流是最为基础也是最重要的电学参量,被广泛应用于人工智能、工业生产控制、军事、航空航天、医疗、环境监测等各个领域;其中作为检测器件的电流传感器经过多年发展,原理与形式多种多样,适用的领域与场合也各有不同,近年来基于磁阻效应（MR）的电流传感器随着半导体技术的进步飞速发展,在其多种形式中基于隧道磁电阻（TMR）元件的传感器由于其具有更好的温度稳定性、更宽的线性范围,同时功耗低、结构简单、成本低廉,整体性能优越,逐渐成为国内外传感器领域的研究热点。本文面向高精度电流检测领域,基于目前市场上现存的电流传感器存在检测稳定性较弱、系统结构复杂,不能对多线电缆实现非侵入式检测等不足之处,首次将TMR与悬臂梁结合,设计一种TMR-悬臂梁复合式电流传感器,通过构建其力-磁耦合理论模型,实现了高灵敏度、高线性度的电流检测;并在此基础上对其进行结构优化,形成自供电电流检测系统...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 电流传感器的研究现状
1.3 论文的研究内容
第2章 TMR-悬臂梁复合式电流传感器感测机理及理论模型建立
2.1 TMR-悬臂梁复合式电流传感器感测机理
2.2 待测导线空间感应磁场分布
2.2.1 载流长直导线感应磁场分布
2.2.2 双芯导线感应磁场分布
2.3 永磁铁受力分析及悬臂梁振动响应
2.3.1 永磁铁受电流磁场力分析
2.3.2 直流电流作用下悬臂梁振动响应
2.3.3 交流电流作用下悬臂梁振动响应
2.4 长方体永磁铁厚度方向磁场分布及影响因素分析
2.4.1 长方体永磁铁厚度方向磁场分布
2.4.2 长方体永磁铁线性工作区间确定及影响因素分析
2.5 传感器输出模型建立
2.6 自供电TMR-悬臂梁复合式电流传感器模型
2.7 本章小结
第3章 TMR-悬臂梁复合式电流传感器实验测试及结果分析
3.1 实验测试系统搭建
3.1.1 实验材料及设备选择
3.1.2 实验系统搭建
3.2 传感器性能测试及灵敏度对比分析
3.2.1 TMR-悬臂梁复合式电流传感器实验测试
3.2.2 TMR2505 电流传感器实验测试
3.2.3 灵敏度对比分析
3.3 尺寸参数与距离参数对电流传感器输出电压影响
3.3.1 永磁铁与双芯导线之间距离对传感器输出电压影响
3.3.2 永磁铁与TMR之间距离对传感器输出电压影响
3.3.3 悬臂梁长度对传感器输出电压影响
3.3.4 实验结果差异现象分析
3.4 本章小结
第4章 自供电TMR-悬臂梁复合式电流传感器理论模型建立及能量采集电压信号非线性误差补偿方案设计
4.1 自供电TMR-悬臂梁复合式电流传感器理论模型建立
4.2 压电层能量采集电压信号的非线性误差分析
4.2.1 非线性误差产生机制
4.2.2 直流电流作用下非线性误差分析
4.2.3 材料对非线性误差的影响
4.3 非线性误差抑制方案设计
4.4 实验验证
4.4.1 实验材料及设备选择
4.4.2 实验系统搭建
4.4.3 实验结果分析
4.5 本章小结
第5章 总结与展望
参考文献
科研成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于TMR的磁导率EMT的传感器阵列设计[J]. 王超,邹萍,崔自强,何瀚辰,曹晴晴,王化祥. 天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2019(06)
[2]TMR传感器及其在电磁检测中的应用[J]. 张继楷,杨芸,康宜华,雷啸锋. 无损检测. 2016(12)
[3]隧穿磁电阻效应磁场传感器中低频噪声的测量与研究[J]. 曹江伟,王锐,王颖,白建民,魏福林. 物理学报. 2016(05)
[4]磁性隧道结的隧穿磁电阻效应及其研究进展[J]. 李彦波,魏福林,杨正. 物理. 2009(06)
[5]智能电网技术综述[J]. 陈树勇,宋书芳,李兰欣,沈杰. 电网技术. 2009(08)
[6]永磁铁磁贴合体的磁场及磁力[J]. 田录林,贾嵘,杨国清,田琦,李知航,李辉. 电工技术学报. 2008(06)
[7]用等效磁荷法计算永磁体磁场[J]. 李景天,宋一得,郑勤红,刘剑虹. 云南师范大学学报(自然科学版). 1999(02)
本文编号：3175118
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 电流传感器的研究现状
1.3 论文的研究内容
第2章 TMR-悬臂梁复合式电流传感器感测机理及理论模型建立
2.1 TMR-悬臂梁复合式电流传感器感测机理
2.2 待测导线空间感应磁场分布
2.2.1 载流长直导线感应磁场分布
2.2.2 双芯导线感应磁场分布
2.3 永磁铁受力分析及悬臂梁振动响应
2.3.1 永磁铁受电流磁场力分析
2.3.2 直流电流作用下悬臂梁振动响应
2.3.3 交流电流作用下悬臂梁振动响应
2.4 长方体永磁铁厚度方向磁场分布及影响因素分析
2.4.1 长方体永磁铁厚度方向磁场分布
2.4.2 长方体永磁铁线性工作区间确定及影响因素分析
2.5 传感器输出模型建立
2.6 自供电TMR-悬臂梁复合式电流传感器模型
2.7 本章小结
第3章 TMR-悬臂梁复合式电流传感器实验测试及结果分析
3.1 实验测试系统搭建
3.1.1 实验材料及设备选择
3.1.2 实验系统搭建
3.2 传感器性能测试及灵敏度对比分析
3.2.1 TMR-悬臂梁复合式电流传感器实验测试
3.2.2 TMR2505 电流传感器实验测试
3.2.3 灵敏度对比分析
3.3 尺寸参数与距离参数对电流传感器输出电压影响
3.3.1 永磁铁与双芯导线之间距离对传感器输出电压影响
3.3.2 永磁铁与TMR之间距离对传感器输出电压影响
3.3.3 悬臂梁长度对传感器输出电压影响
3.3.4 实验结果差异现象分析
3.4 本章小结
第4章 自供电TMR-悬臂梁复合式电流传感器理论模型建立及能量采集电压信号非线性误差补偿方案设计
4.1 自供电TMR-悬臂梁复合式电流传感器理论模型建立
4.2 压电层能量采集电压信号的非线性误差分析
4.2.1 非线性误差产生机制
4.2.2 直流电流作用下非线性误差分析
4.2.3 材料对非线性误差的影响
4.3 非线性误差抑制方案设计
4.4 实验验证
4.4.1 实验材料及设备选择
4.4.2 实验系统搭建
4.4.3 实验结果分析
4.5 本章小结
第5章 总结与展望
参考文献
科研成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于TMR的磁导率EMT的传感器阵列设计[J]. 王超,邹萍,崔自强,何瀚辰,曹晴晴,王化祥. 天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2019(06)
[2]TMR传感器及其在电磁检测中的应用[J]. 张继楷,杨芸,康宜华,雷啸锋. 无损检测. 2016(12)
[3]隧穿磁电阻效应磁场传感器中低频噪声的测量与研究[J]. 曹江伟,王锐,王颖,白建民,魏福林. 物理学报. 2016(05)
[4]磁性隧道结的隧穿磁电阻效应及其研究进展[J]. 李彦波,魏福林,杨正. 物理. 2009(06)
[5]智能电网技术综述[J]. 陈树勇,宋书芳,李兰欣,沈杰. 电网技术. 2009(08)
[6]永磁铁磁贴合体的磁场及磁力[J]. 田录林,贾嵘,杨国清,田琦,李知航,李辉. 电工技术学报. 2008(06)
[7]用等效磁荷法计算永磁体磁场[J]. 李景天,宋一得,郑勤红,刘剑虹. 云南师范大学学报(自然科学版). 1999(02)
本文编号：3175118
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