基于AMR磁传感器的电流检测技术研究
发布时间：2021-05-22 18:47
工业的快速发展推动着电流检测技术日臻成熟,当前电流传感器普遍利用电磁特性设计而成,检测到磁场后,根据电与磁的联动关系得到电流大小,可以实现电气隔离。本文目的是基于此原理设计一款精度高、抗干扰能力强的电流传感器。霍尔电流传感器成本低,工业电流检测中使用广泛,但内部霍尔元件灵敏度低、噪声大、温度稳定性差,且必须搭配聚磁环进行磁场放大,存在严重的漏磁问题,导致抗干扰能力不强、可靠性差,不满足实验室电流测量的要求。针对上述问题,本文通过对电路和磁路的整体优化,设计了非接触式AMR零磁通电流检测系统。系统的敏感元件采用高灵敏度、低噪声、温度稳定性高的AMR磁传感器。同时,搭配空心铁氧体圆环磁芯作为磁屏蔽,取代传统的聚磁环,提高了抗干扰性能,实现了高精度电流检测。本文完成的主要工作如下:1.设计了基于AMR的磁传感器。本着芯片级尺寸、高灵敏度、低噪声、低功耗的设计要求,选用KMZ51芯片作为磁传感器探头,将感应到的磁场转化为电压信号。围绕KMZ51搭建了信号调理电路,主要包括磁化翻转单元和电磁反馈单元:通过设计脉冲翻转电路,对KMZ51内部磁阻进行周期性磁化,输出交流信号,既能提高传感器的灵敏度,...
【文章来源】：青岛大学山东省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 课题研究背景与意义
1.2 磁传感器国内外研究现状
1.3 电流传感器国内外研究现状
1.4 本文主要研究内容
1.5 各章节安排
第二章 电流检测系统基本原理
2.1 各向异性磁阻(AMR)基本原理
2.1.1 各向异性磁阻效应
2.1.2 Baber-Pole结构
2.1.3 磁阻电桥结构
2.2 AMR磁传感器降噪原理
2.2.1 磁化翻转技术
2.2.2 电磁反馈技术
2.3 电流检测系统设计原理
2.4 噪声功率谱密度测量原理
2.5 本章小结
第三章 AMR磁传感器设计
3.1传感器探头KMZ51
3.2 信号调理电路设计
3.2.1 翻转脉冲发生电路
3.2.2 前置放大和高通滤波电路
3.2.3 相敏检波电路
3.2.4 补偿线圈驱动
3.2.5 供电模块及PCB设计
3.3 基于STM32的数字化平台
3.3.1 硬件结构设计
3.3.2 软件设计
3.3.3 上位机程序
3.4 本章小结
第四章 电流检测系统磁芯及硬件电路设计
4.1 磁芯结构设计及仿真
4.1.1 磁芯材料及结构设计
4.1.2 磁芯磁屏蔽性能仿真
4.1.3 磁芯参数优化
4.1.4 聚磁环与空心圆环性能比较
4.2 电流检测系统硬件电路设计
4.2.1 PI补偿电路
4.2.2 反馈补偿电路
4.3 磁路及电路分析
4.4 本章小结
第五章 传感器性能分析
5.1 AMR磁传感器性能
5.1.1 灵敏度与线性度
5.1.2 短期稳定性
5.1.3 分辨率
5.1.4 噪声分析
5.2 电流检测系统性能
5.2.1 线性度与精度
5.2.2 频带宽度测量
5.2.3 抗干扰性能测试
5.3 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 工作总结
6.2 展望
参考文献
攻读学位期间的研究成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种单电源电压输出型闭环霍尔电流传感器[J]. 谭超,龚晓辉,郭钢,王秀,杨哲,乐周美. 电子器件. 2019(05)
[2]高精度标准电阻用空气恒温箱设计及优化[J]. 刘董,迟宗涛,鲁云峰,崔诗晨,李钟晓. 中国测试. 2019(09)
[3]一种外磁场自抑制霍尔电流传感器[J]. 王阳,刘强,钟贻兵,丁俊鹏,赵旭. 电子技术与软件工程. 2019(14)
[4]闭环霍尔电流传感器的硬件电路设计[J]. 武旭,王林森,居鹏. 传感器与微系统. 2018(11)
[5]基于闭环霍尔效应的电流传感器设计[J]. 赖俊驹,彭浩,胡金磊,黄石华,王文博. 新型工业化. 2018(09)
[6]气隙对电流比较仪磁屏蔽屏蔽效能影响的研究[J]. 王雪,郑天宇,项琼,李冬,陈德智,刘朋远. 计量学报. 2018(04)
[7]一种零磁通霍尔电流传感器驱动电路设计[J]. 潘峤,许留伟,蒋力. 仪表技术与传感器. 2018(02)
[8]电流传感器技术综述[J]. 和劭延,吴春会,田建君. 电气传动. 2018(01)
[9]弱磁测量传感器的发展与应用[J]. 银鸿,杨生胜,郑阔海,文轩,庄建宏,王俊. 真空与低温. 2017(05)
[10]基于巨磁阻效应的高性能电流传感器及其在智能电网的量测应用[J]. 胡军,赵帅,欧阳勇,何金良,王善祥,常文治. 高电压技术. 2017(07)
硕士论文
[1]磁记忆力磁效应及对热处理质量评价的研究[D]. 赵珍燕.南昌航空大学 2017
[2]基于各向异性磁电阻的非接触式转轴腐蚀电流检测技术研究[D]. 陈靓.华中科技大学 2017
[3]基于Rogowski线圈脉冲电流检测技术的研究[D]. 王旭.哈尔滨工业大学 2016
本文编号：3201494
【文章来源】：青岛大学山东省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 课题研究背景与意义
1.2 磁传感器国内外研究现状
1.3 电流传感器国内外研究现状
1.4 本文主要研究内容
1.5 各章节安排
第二章 电流检测系统基本原理
2.1 各向异性磁阻(AMR)基本原理
2.1.1 各向异性磁阻效应
2.1.2 Baber-Pole结构
2.1.3 磁阻电桥结构
2.2 AMR磁传感器降噪原理
2.2.1 磁化翻转技术
2.2.2 电磁反馈技术
2.3 电流检测系统设计原理
2.4 噪声功率谱密度测量原理
2.5 本章小结
第三章 AMR磁传感器设计
3.1传感器探头KMZ51
3.2 信号调理电路设计
3.2.1 翻转脉冲发生电路
3.2.2 前置放大和高通滤波电路
3.2.3 相敏检波电路
3.2.4 补偿线圈驱动
3.2.5 供电模块及PCB设计
3.3 基于STM32的数字化平台
3.3.1 硬件结构设计
3.3.2 软件设计
3.3.3 上位机程序
3.4 本章小结
第四章 电流检测系统磁芯及硬件电路设计
4.1 磁芯结构设计及仿真
4.1.1 磁芯材料及结构设计
4.1.2 磁芯磁屏蔽性能仿真
4.1.3 磁芯参数优化
4.1.4 聚磁环与空心圆环性能比较
4.2 电流检测系统硬件电路设计
4.2.1 PI补偿电路
4.2.2 反馈补偿电路
4.3 磁路及电路分析
4.4 本章小结
第五章 传感器性能分析
5.1 AMR磁传感器性能
5.1.1 灵敏度与线性度
5.1.2 短期稳定性
5.1.3 分辨率
5.1.4 噪声分析
5.2 电流检测系统性能
5.2.1 线性度与精度
5.2.2 频带宽度测量
5.2.3 抗干扰性能测试
5.3 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 工作总结
6.2 展望
参考文献
攻读学位期间的研究成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种单电源电压输出型闭环霍尔电流传感器[J]. 谭超,龚晓辉,郭钢,王秀,杨哲,乐周美. 电子器件. 2019(05)
[2]高精度标准电阻用空气恒温箱设计及优化[J]. 刘董,迟宗涛,鲁云峰,崔诗晨,李钟晓. 中国测试. 2019(09)
[3]一种外磁场自抑制霍尔电流传感器[J]. 王阳,刘强,钟贻兵,丁俊鹏,赵旭. 电子技术与软件工程. 2019(14)
[4]闭环霍尔电流传感器的硬件电路设计[J]. 武旭,王林森,居鹏. 传感器与微系统. 2018(11)
[5]基于闭环霍尔效应的电流传感器设计[J]. 赖俊驹,彭浩,胡金磊,黄石华,王文博. 新型工业化. 2018(09)
[6]气隙对电流比较仪磁屏蔽屏蔽效能影响的研究[J]. 王雪,郑天宇,项琼,李冬,陈德智,刘朋远. 计量学报. 2018(04)
[7]一种零磁通霍尔电流传感器驱动电路设计[J]. 潘峤,许留伟,蒋力. 仪表技术与传感器. 2018(02)
[8]电流传感器技术综述[J]. 和劭延,吴春会,田建君. 电气传动. 2018(01)
[9]弱磁测量传感器的发展与应用[J]. 银鸿,杨生胜,郑阔海,文轩,庄建宏,王俊. 真空与低温. 2017(05)
[10]基于巨磁阻效应的高性能电流传感器及其在智能电网的量测应用[J]. 胡军,赵帅,欧阳勇,何金良,王善祥,常文治. 高电压技术. 2017(07)
硕士论文
[1]磁记忆力磁效应及对热处理质量评价的研究[D]. 赵珍燕.南昌航空大学 2017
[2]基于各向异性磁电阻的非接触式转轴腐蚀电流检测技术研究[D]. 陈靓.华中科技大学 2017
[3]基于Rogowski线圈脉冲电流检测技术的研究[D]. 王旭.哈尔滨工业大学 2016
本文编号：3201494
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/zidonghuakongzhilunwen/3201494.html
