專利名稱：：電流傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種電流傳感器，尤其是涉及一種采用納米級(jí)磁隧道結(jié)技術(shù)的電流傳感器。
背景技術(shù)：
：電磁式互感器在相當(dāng)長的時(shí)期內(nèi)得到了比較充分的發(fā)展，但其固有的一些弱點(diǎn)，卻難以滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)自動(dòng)化、數(shù)字化的發(fā)展需要。這已成為電力產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的瓶頸。傳統(tǒng)電磁式互感器主要存在以下幾個(gè)缺點(diǎn)1.體積大、重量重、價(jià)格高。2.電流互感器有鐵芯，輸出電流具有非線性。3.高幅值電流容易產(chǎn)生磁飽和，使得二次電流嚴(yán)重畸變，造成繼電保護(hù)裝置的誤動(dòng)和拒動(dòng)。4.測量范圍小，使用頻帶窄，品種規(guī)格多。5.測量誤差大，相位偏差是傳統(tǒng)互感器的固有缺陷。6.絕緣成本高，原有的空氣絕緣、油紙絕緣、氣體絕緣和串級(jí)絕緣已不能滿足超高壓絕緣要求。7.電磁諧振，易燃易爆等。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種電流傳感器，它測量精確，安全可靠，適用范圍廣、適應(yīng)性強(qiáng)，尤其適用于高電壓、大電流的環(huán)境中；并且，結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、價(jià)格便宜，便于安裝和維護(hù)，適于網(wǎng)絡(luò)化測量。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種電流傳感器，其特征在于它包括有電流采樣處理無線發(fā)射系統(tǒng)，和無線接收顯示通信系統(tǒng)，所述電流采樣處理無線發(fā)射系統(tǒng)與無線接受顯示通信系統(tǒng)之間通過無線方式連接；電流采樣處理無線發(fā)射系統(tǒng)包括依次連接的輸入單元、單片計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一、數(shù)據(jù)無線發(fā)射單元，所述輸入單元采用納米級(jí)磁隧道結(jié)磁傳感器進(jìn)行信號(hào)采樣。下面對上述技術(shù)方案進(jìn)行進(jìn)一步解釋1.所述輸入單元包括依次連接的納米級(jí)磁隧道結(jié)磁傳感器、微弱信號(hào)鎖相放大和帶通濾波器、A/D轉(zhuǎn)換單元。2.所述電流采樣處理無線發(fā)射系統(tǒng)還包括有信號(hào)調(diào)制單元，所述信號(hào)調(diào)制單元連接到數(shù)據(jù)無線發(fā)射單元。3.所述無線接收顯示通信系統(tǒng)包括有依次連接的數(shù)據(jù)無線接收單元、單片計(jì)算機(jī)系統(tǒng)二、輸出單元。4.解釋3中的所述輸出單元包括有通訊單元、顯示單元、控制單元；所述單片計(jì)算機(jī)系統(tǒng)二分別連接通訊單元、顯示單元、控制單元。5.解釋4中的所述控制單元包括有驅(qū)動(dòng)單元、保護(hù)系統(tǒng)、操作系統(tǒng)；所述單片計(jì)算機(jī)系統(tǒng)二連接驅(qū)動(dòng)單元，驅(qū)動(dòng)單元分別連接保護(hù)系統(tǒng)、操作系統(tǒng)，所述保護(hù)系統(tǒng)和操作系統(tǒng)連接單片計(jì)算機(jī)系統(tǒng)二。6.解釋3中的所述無線接收顯示通信系統(tǒng)還包括有信號(hào)解調(diào)單元，所述信號(hào)解調(diào)單元連接到單片計(jì)算機(jī)系統(tǒng)二。本發(fā)明將磁隧道結(jié)理論研究成果與計(jì)算機(jī)、數(shù)字信息處理等技術(shù)進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，通過采集通電導(dǎo)線周圍磁場的大小，經(jīng)計(jì)算處理得到電流的大小。本發(fā)明電流傳感器的輸入單元采用了納米級(jí)磁隧道結(jié)磁傳感器，它能夠快速、非接觸地檢測電流表面產(chǎn)生的磁場，通過探測磁場，可以有效的檢測出電流的存在和大小。由于現(xiàn)場存在高電場、高磁場，且相互交叉影響，這往往會(huì)反映在電流密度分布的改變，而干擾電流又會(huì)在導(dǎo)線表面產(chǎn)生微小的磁場。因此通過探測磁場分布得到電流分布來檢測大電流，這種技術(shù)可以有效的進(jìn)行電力電流檢測，是一種全新的手段。這種測量技術(shù)的核心是磁傳感器，理想的磁傳感器應(yīng)具有高分辨率、高靈敏度和高溫度特性。磁感應(yīng)技術(shù)中，傳統(tǒng)的霍爾器件靈敏度低(0.510mv/kG)且磁噪音大(0.1mT)，無法滿足一定精度要求的寬范圍測量(1AIOOOA)，最重要的是霍爾器件空間分辨率極差，強(qiáng)電場、大電流三相高壓線的相互干擾，對采樣系統(tǒng)的空間分辨率要求極高，霍爾器件的工作頻率是MHZ級(jí)，電力系統(tǒng)故障狀態(tài)時(shí)，如突然短路，雷電等，要求采樣系統(tǒng)的頻率響應(yīng)達(dá)到GHZ。所以，采用傳統(tǒng)磁感應(yīng)技術(shù)研發(fā)電流傳感器無法完全替代電磁式互感器。本發(fā)明使用了磁隧道結(jié)磁傳感器，它具有高磁電阻(35%)、高靈敏度(5%/Oe)、低噪音(磁噪音1iiT/Hz1/2在1Hz)的特點(diǎn)。磁隧道結(jié)從根本上是一種"三明治"結(jié)構(gòu)兩層鐵磁薄膜(FM)中間夾雜一層很薄的絕緣體。當(dāng)絕緣體足夠薄(1—2納米)時(shí)，電子會(huì)通過量子隧道效應(yīng)穿越絕緣層。系統(tǒng)電阻是隧穿幾率的函數(shù)，它依賴于兩層鐵磁薄膜中自旋磁矩(M)的相對取向。所以通過施加外場改變鐵磁材料中磁矩方向，磁隧道結(jié)可以表現(xiàn)出很大的磁電阻值當(dāng)磁矩相對取向在兩層鐵磁薄膜中從反平行態(tài)連續(xù)變化到平行態(tài)，電子隧穿幾率增大，從而導(dǎo)致結(jié)電阻下降。除了很高的磁電阻值，與傳統(tǒng)的建立在鐵磁金屬多層膜巨磁電阻效應(yīng)基礎(chǔ)上的自旋閥(spin-valve))結(jié)構(gòu)相比，磁隧道結(jié)傳感器還具有電阻變化范圍大、低能耗和尺寸易于納米化的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是1.在高電壓，大電流的測量環(huán)境中，它可以滿足高壓工作環(huán)境下的絕緣要求。沒有傳統(tǒng)電流互感器二次開路產(chǎn)生高壓的危險(xiǎn)、以及傳統(tǒng)充油電壓、電流互感器漏油、爆炸等危險(xiǎn)。不會(huì)產(chǎn)生磁飽和及鐵磁共振現(xiàn)象，它尤其適用于高電壓、大電流環(huán)境下的故障診斷。2.頻帶寬，可以從直流到1MHZ,適用于繼電保護(hù)和諧波檢測。動(dòng)態(tài)范圍大，能在大的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)產(chǎn)生高線性度的響應(yīng)。3.適應(yīng)了現(xiàn)在電力系統(tǒng)的數(shù)字化信號(hào)處理要求，它還可用于以保護(hù)、監(jiān)控和測量為目的高速遙感、遙測系統(tǒng)。4.整套測量裝置結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、價(jià)格便宜。便于安裝和維護(hù)，適于網(wǎng)絡(luò)化測量。5.因?yàn)樗淮釉谥鲗?dǎo)線中，只要靠近主導(dǎo)線就可以測量電流，所以無過電流現(xiàn)象，且不容易燒壞。安全可靠，能一批多用化，因?yàn)樗淮釉谥鲗?dǎo)線中運(yùn)行，所以二次線不會(huì)產(chǎn)生很大的電流，不存在高電壓的危險(xiǎn)，是最安全可靠的測量設(shè)備。6.本發(fā)明具有精度高、動(dòng)態(tài)范圍寬、反應(yīng)速度快、過載能力強(qiáng)、線性度好、工作溫度范圍寬廣、可靠性高等特點(diǎn)。由于釆用無線傳輸、非接觸式安裝及"休眠"方式，使得使用更安全方便和節(jié)能。7.本發(fā)明適用于電源、變頻器、工控檢測系統(tǒng)、鐵路信號(hào)、電力等行業(yè)以及冶金、化工、礦山等行業(yè)大電流的測量、控制與保護(hù)。還可用于工礦企業(yè)、高層建筑配變電站等場所，能有效滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)智能化、模塊化、數(shù)據(jù)化、少維護(hù)和電器設(shè)備小型化、多功能的需求。下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述圖1為本發(fā)明的原理框圖；圖2為本發(fā)明電流采樣處理無線發(fā)射系統(tǒng)的原理框圖；圖3為本發(fā)明無線接收顯示通信系統(tǒng)的原理框圖。其中10電流采樣處理無線發(fā)射系統(tǒng)；11輸入單元；12納米級(jí)磁隧道結(jié)磁傳感器；13微弱信號(hào)鎖相放大和帶通濾波器；14A/D轉(zhuǎn)換單元；15單片計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一；16數(shù)據(jù)無線發(fā)射單元；17信號(hào)調(diào)制單元；20無線接收顯示通信系統(tǒng)；21數(shù)據(jù)無線接收單元；22單片計(jì)算機(jī)系統(tǒng)二；23輸出單元；24通訊單元；25顯示單元；26控制單元；27驅(qū)動(dòng)單元；28保護(hù)系統(tǒng)；29操作系統(tǒng)；30信號(hào)解調(diào)單元。具體實(shí)施方式實(shí)施例如圖l所示，一種電流傳感器，它包括有電流采樣處理無線發(fā)射系統(tǒng)IO，和無線接收顯示通信系統(tǒng)20，電流采樣處理無線發(fā)射系統(tǒng)10與無線接受顯示通信系統(tǒng)20之間通過無線方式連接。如圖2所示，電流采樣處理無線發(fā)射系統(tǒng)10包括依次連接的輸入單元11、單片計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一15、數(shù)據(jù)無線發(fā)射單元16;輸入單元ll包括依次連接的納米級(jí)磁隧道結(jié)磁傳感器12、微弱信號(hào)鎖相放大和帶通濾波器13、A/D轉(zhuǎn)換單元14。A/D轉(zhuǎn)換單元14連接單片計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一15。并且，有一信號(hào)調(diào)制單元17連接到數(shù)據(jù)無線發(fā)射單元16。如圖3所示，無線接收顯示通信系統(tǒng)20包括有依次連接的數(shù)據(jù)無線接收單元21、單片計(jì)算機(jī)系統(tǒng)二22、輸出單元23。并且，有一信號(hào)解調(diào)單元30連接到單片計(jì)算機(jī)系統(tǒng)二22。輸出單元包括有通訊單元24、顯示單元25、控制單元26;控制單元26包括有驅(qū)動(dòng)單元27、保護(hù)系統(tǒng)28、操作系統(tǒng)29。單片計(jì)算機(jī)系統(tǒng)二22分別連接通訊單元24、顯示單元25、驅(qū)動(dòng)單元27;驅(qū)動(dòng)單元27分別連接保護(hù)系統(tǒng)28、操作系統(tǒng)29，保護(hù)系統(tǒng)28連接單片計(jì)算機(jī)系統(tǒng)二22，操作系統(tǒng)29連接單片計(jì)算機(jī)系統(tǒng)二22。本發(fā)明的電流傳感器采用了納米級(jí)磁隧道結(jié)磁傳感器元件，結(jié)合單片計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、微弱信號(hào)鎖相處理以及無線電傳輸?shù)燃夹g(shù)，經(jīng)過科學(xué)合理的設(shè)計(jì)和先進(jìn)的工藝技術(shù)，使其能同時(shí)實(shí)現(xiàn)計(jì)量、測量、保護(hù)和數(shù)據(jù)傳輸?shù)榷喾N功能，可方便地與電力系統(tǒng)中的綜合測量、保護(hù)自動(dòng)化控制系統(tǒng)相配套；能在高電場、強(qiáng)磁場下可靠工作?？朔藗鹘y(tǒng)電磁式互感器測量和保護(hù)不能兼容、絕緣結(jié)構(gòu)復(fù)雜、安裝檢修不方便等缺點(diǎn)，并取而代之。在100A1000A內(nèi)，測量準(zhǔn)確度高達(dá)0.2級(jí)。本實(shí)施例的電流傳感器與傳統(tǒng)電流互感器性能對比的情況如下表所示:<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>本發(fā)明傳感器信號(hào)采集電路，采用惠斯通電橋進(jìn)行連接以降低電路噪音對信號(hào)的影響，附加以濾波放大后，選用高精度、高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D)，通過高性能單片計(jì)算機(jī)，完成信號(hào)的采樣、處理、傳輸、顯示、存儲(chǔ)及系統(tǒng)控制。通過232(或485)通信結(jié)合藍(lán)牙技術(shù)，實(shí)現(xiàn)安全可靠的遠(yuǎn)距離遙測遙控，二次電子數(shù)字表就能夠顯示出電流數(shù)字來，與上位計(jì)算機(jī)通訊，可實(shí)現(xiàn)檢測、控制、分析、自動(dòng)記錄并保存重要數(shù)據(jù)、顯示及報(bào)警顯示。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)還可進(jìn)行信息數(shù)據(jù)査詢、分析統(tǒng)計(jì)，通過打印機(jī)輸出檢測結(jié)果報(bào)表等。由于本發(fā)明體積很小，且是無線傳輸，因此電流采樣處理無線發(fā)射系統(tǒng)10可以方便地固定在高空、高電壓、大電流或其他特定環(huán)境中，不間斷地發(fā)送檢測到的數(shù)據(jù)及其變化情況。而無線接收顯示通信系統(tǒng)20對接收到的數(shù)據(jù)信號(hào)經(jīng)處理后可以以通信渠道提供顯示計(jì)量、驅(qū)動(dòng)保護(hù)或電網(wǎng)控制等用途。應(yīng)當(dāng)指出，對于經(jīng)充分說明的本發(fā)明來說，還可具有多種變換及改型的實(shí)施方案，并不局限于上述實(shí)施方式的具體實(shí)施例。上述實(shí)施例僅僅作為本發(fā)明的說明，而不是對本發(fā)明的限制?？傊景l(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)包括那些對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說顯而易見的變換或替代以及改型。權(quán)利要求1.一種電流傳感器，其特征在于它包括有電流采樣處理無線發(fā)射系統(tǒng)(10)，和無線接收顯示通信系統(tǒng)(20)，所述電流采樣處理無線發(fā)射系統(tǒng)(10)與無線接受顯示通信系統(tǒng)(20)之間通過無線方式連接；電流采樣處理無線發(fā)射系統(tǒng)(10)包括依次連接的輸入單元(11)、單片計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一(15)、數(shù)據(jù)無線發(fā)射單元(16)，所述輸入單元(11)采用納米級(jí)磁隧道結(jié)磁傳感器(12)進(jìn)行信號(hào)采樣。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流傳感器，其特征在于所述輸入單元(ll)包括依次連接的納米級(jí)磁隧道結(jié)磁傳感器(12)、微弱信號(hào)鎖相放大和帶通濾波器(13)、A/D轉(zhuǎn)換單元(14)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流傳感器，其特征在于所述電流釆樣處理無線發(fā)射系統(tǒng)(10)還包括有信號(hào)調(diào)制單元(17)，所述信號(hào)調(diào)制單元(17)連接到數(shù)據(jù)無線發(fā)射單元(16)。4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的電流傳感器，其特征在于所述無線接收顯示通信系統(tǒng)(20)包括有依次連接的數(shù)據(jù)無線接收單元(21)、單片計(jì)算機(jī)系統(tǒng)二(22)、輸出單元(23)。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電流傳感器，其特征在于所述輸出單元(23)包括有通訊單元(24)、顯示單元(25)、控制單元(26);所述單片計(jì)算機(jī)系統(tǒng)二(22)分別連接通訊單元(24)、顯示單元(25)、控制單元(26)。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電流傳感器，其特征在于所述控制單元(26)包括有驅(qū)動(dòng)單元(27)、保護(hù)系統(tǒng)(28)、操作系統(tǒng)(29);所述單片計(jì)算機(jī)系統(tǒng)二(22)連接驅(qū)動(dòng)單元(26)，驅(qū)動(dòng)單元(26)分別連接保護(hù)系統(tǒng)(28)、操作系統(tǒng)(29)，所述保護(hù)系統(tǒng)(28)連接單片計(jì)算機(jī)系統(tǒng)二(22)，操作系統(tǒng)(29)連接單片計(jì)算機(jī)系統(tǒng)二(22)。7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電流傳感器，其特征在于所述無線接收顯示通信系統(tǒng)(20)還包括有信號(hào)解調(diào)單元(30)，所述信號(hào)解調(diào)單元(30)連接到單片計(jì)算機(jī)系統(tǒng)二(22)。全文摘要本發(fā)明公開了一種電流傳感器，它包括有電流采樣處理無線發(fā)射系統(tǒng)(10)，和無線接收顯示通信系統(tǒng)(20)，電流采樣處理無線發(fā)射系統(tǒng)(10)與無線接受顯示通信系統(tǒng)(20)之間通過無線方式連接；電流采樣處理無線發(fā)射系統(tǒng)(10)包括依次連接的輸入單元(11)、單片計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一(15)、數(shù)據(jù)無線發(fā)射單元(16)，輸入單元(11)采用納米級(jí)磁隧道結(jié)磁傳感器(12)進(jìn)行信號(hào)采樣。本發(fā)明測量精確，安全可靠，適用范圍廣、適應(yīng)性強(qiáng)，尤其適用于高電壓、大電流的環(huán)境中；并且，結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、價(jià)格便宜，便于安裝和維護(hù)，適于網(wǎng)絡(luò)化測量；能有效滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)智能化、模塊化、數(shù)據(jù)化、少維護(hù)和電器設(shè)備小型化、多功能的需求。文檔編號(hào)G01R19/00GK101226211SQ200810019510公開日2008年7月23日申請日期2008年1月19日優(yōu)先權(quán)日2008年1月19日發(fā)明者周金海,羅超英,蔣惠人,陸海林申請人:蘇州市蘇電科技研究所