專利名稱：獨(dú)立封裝的電表傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用于測(cè)量電能消耗的電表裝置，更具體的，涉及采用隧道磁電阻(TMR，Tunneling Magnetoresistive)器件測(cè)量穿過(guò)導(dǎo)電體的電流和連接于導(dǎo)電體的負(fù)載兩端的電壓的領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在電力行業(yè)中，從相對(duì)高成本的機(jī)械式瓦特-小時(shí)電表向易于集成的低成本、多功能、能進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的固態(tài)式遠(yuǎn)傳電表系統(tǒng)轉(zhuǎn)變正成為一種趨勢(shì)。雖然已經(jīng)開(kāi)發(fā)了用于計(jì)算與電能計(jì)量相關(guān)的電路參數(shù)的集成電路，但是，仍然需要一種能耐受供電網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定所造成的電流瞬變沖擊的電表傳感器。它需要能在一個(gè)很寬的量程范圍內(nèi)測(cè)量不同環(huán)境下工作的不同負(fù)載的電能消耗，同時(shí)具有低成本、高精度和高集成度的優(yōu)點(diǎn)。因此，開(kāi)發(fā)一種與供電網(wǎng)絡(luò)電氣隔離的固態(tài)電表傳感器是一種重要的實(shí)際需求。另外，通常的電表采用具有模擬輸出的離散的傳感器將電壓和電流信息提供給后續(xù)計(jì)算電能消耗的微處理器電路。由于電能測(cè)量本身的特點(diǎn)，以及供電導(dǎo)線最小尺寸的限制，通常將傳感器集成到與用于電能計(jì)算的微處理器相同的集成電路封裝中非常困難。另外，一種能提供被測(cè)負(fù)載電壓和電流等電能參數(shù)數(shù)字化的值，并與現(xiàn)有的供電網(wǎng)絡(luò)電氣隔離的傳感器很容易和后續(xù)電路集成到一起，從而提高固態(tài)電表工作的穩(wěn)定性，并降低成本。此外，獲得高測(cè)量分辨率也是電表傳感器的一個(gè)非常重要的參數(shù)。有一種重要的趨勢(shì)是采用霍爾傳感器和磁阻傳感器——包括各向異性磁電阻(AMR，Anisotropic Magnetoresistance)禾口巨磁電阻(GMR, Giant Magnetoresistance)替代常用的電、流互感器或羅果夫斯基線圈(Rogowski Coil)來(lái)進(jìn)行電流測(cè)量?；魻杺鞲衅飨鄬?duì)成本較高而且分辨率較低。各向異性磁電阻和巨磁電阻器件雖然具有較高的分辨率，但由于其輸出信號(hào)幅值通常較小，從而增加了前端放大電路設(shè)計(jì)的困難，這使得整個(gè)系統(tǒng)的復(fù)雜度和集成電路尺寸有所增加，從而相應(yīng)地提高了其成本。隧道磁電阻(TMR)器件，也稱磁性隧道結(jié)(MTJ， Magnetic Tunnel Junction)器件，能提供一個(gè)很高的分辨率和更大幅值的信號(hào)，因此其前端放大電路比較簡(jiǎn)單，這樣，采用TMR傳感器件進(jìn)行電能消耗測(cè)量，在整體上成本能得到有效降低。
發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)，本實(shí)用新型提供一種測(cè)量系統(tǒng)與被測(cè)供電網(wǎng)絡(luò)電氣隔離，具有數(shù)字化輸出，精度和分辨率更高的電表傳感器，即一種采用隧道磁電阻的固態(tài)高精度電流隔離式電表傳感器。按照本實(shí)用新型所提供的技術(shù)方案，電表傳感器通過(guò)使用TMR磁性傳感器或TMR 磁性傳感器與電容的組合，在傳感器與供電網(wǎng)絡(luò)電氣隔離情況下測(cè)量負(fù)載所消耗的電能。 通過(guò)測(cè)量負(fù)載兩端的電壓和導(dǎo)線中的電流，以獲得負(fù)載的瞬時(shí)功率和其它所需要參數(shù)的實(shí)時(shí)測(cè)量。電流通過(guò)磁性傳感器檢測(cè)與流過(guò)導(dǎo)線的電流相關(guān)聯(lián)的磁場(chǎng)來(lái)測(cè)量。電壓的測(cè)量包
6括兩種不同的方式，一是測(cè)量一個(gè)與負(fù)載并聯(lián)的分流線圈所產(chǎn)生的磁場(chǎng)，二是通過(guò)測(cè)量與負(fù)載并聯(lián)的耦合電容分壓器的電壓。之后將負(fù)載的電流和電壓信號(hào)經(jīng)ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，經(jīng)微處理器計(jì)算處理后，再采用接口邏輯電路將所測(cè)得的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成后續(xù)應(yīng)用的可能形式。具體的有以下技術(shù)方案方案一一種獨(dú)立封裝的電表傳感器，可以用來(lái)測(cè)量連接在導(dǎo)線上的負(fù)載的能量消耗，主要包括以下部分一串聯(lián)在電源輸入與負(fù)載之間的內(nèi)部導(dǎo)線；一串聯(lián)在內(nèi)部電源導(dǎo)線和外部地線或中性線間的電壓分流線圈與內(nèi)部電阻，電壓分流線圈與負(fù)載并聯(lián)； 第一磁性傳感器，其緊鄰內(nèi)部導(dǎo)線并與流過(guò)該導(dǎo)線的電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)磁耦合； 第一磁性傳感器測(cè)量環(huán)繞著該內(nèi)部導(dǎo)線的磁通量，并且產(chǎn)生響應(yīng)于該磁通量的一第一輸出 (電流信號(hào))，該第一輸出指示導(dǎo)線中的電流大小；第二磁性傳感器，其緊靠與負(fù)載并聯(lián)的電壓分流線圈安置，并與流經(jīng)該電壓分流線圈電流的磁場(chǎng)磁耦合；第二磁性傳感器檢測(cè)通過(guò)電壓分流線圈的電流，并提供響應(yīng)于該電流的一第二輸出(電壓信號(hào))，該第二輸出指示負(fù)載兩端的電壓；一對(duì)電壓信號(hào)和電流信號(hào)進(jìn)行采樣并將它們轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式的采樣模塊；一對(duì)所采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的數(shù)據(jù)處理模塊；一用來(lái)對(duì)第一磁性傳感器輸出的電流信號(hào)和第二磁性傳感器輸出的電壓信號(hào)采樣時(shí)間進(jìn)行分時(shí)復(fù)用的多路復(fù)用器；一將處理后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成可與后續(xù)的離片系統(tǒng)數(shù)據(jù)形式相兼容的接口邏輯模塊。優(yōu)選地，第一磁場(chǎng)傳感器和第二磁場(chǎng)傳感器使用的是MTJ磁性隧道結(jié)器件。優(yōu)選地，第一磁性傳感器件、第二磁性傳感器件、采樣模塊、數(shù)據(jù)處理模塊以及通信的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口邏輯模塊與分流電阻線圈、待測(cè)網(wǎng)絡(luò)電氣和物理隔離，隔離是通過(guò)使用磁耦合和絕緣電介層來(lái)實(shí)現(xiàn)的。優(yōu)選地，第一磁性傳感器和第二磁性傳器各自包含至少一個(gè)MTJ傳感器。優(yōu)選地，至少一個(gè)磁性傳感器件具有一偏置電壓響應(yīng)特征曲線，該曲線被用來(lái)控制傳感器的響應(yīng)的幅值，并用來(lái)自動(dòng)調(diào)整電表傳感器的量程。優(yōu)選地，至少一個(gè)磁性傳感器件具有一片上電磁鐵，該電磁鐵用以線性化傳感器響應(yīng)。方案二一種獨(dú)立封裝的電表傳感器，可以用來(lái)測(cè)量連接在導(dǎo)線上的負(fù)載的能量消耗，主要包括一串聯(lián)在電源輸入與負(fù)載之間的內(nèi)部導(dǎo)線；一內(nèi)部電阻和用以將電壓檢測(cè)電路與電源輸入導(dǎo)線隔離的外接電容，該外接電容可以用一 RC網(wǎng)絡(luò)來(lái)替代，以調(diào)整它的帶寬；一磁性傳感器緊鄰內(nèi)部導(dǎo)線安置并與流過(guò)該導(dǎo)線的電流相關(guān)聯(lián)的磁場(chǎng)磁耦合；該磁性傳感器檢測(cè)環(huán)繞著內(nèi)部導(dǎo)線的磁通量，并且產(chǎn)生響應(yīng)于該磁通量的一第一輸出(電流信號(hào))，該第一輸出指示導(dǎo)線中的電流大?。籟0027]—連接到放大器或緩沖器的兩個(gè)輸入端的電阻，該電阻與外接的電容結(jié)合使用以形成一分壓網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)用以測(cè)量負(fù)載兩端的電壓；一對(duì)電壓信號(hào)和電流信號(hào)進(jìn)行采樣并轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式的采樣模塊；一對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的數(shù)據(jù)處理模塊；一用來(lái)對(duì)第一磁性傳感器輸出的電流信號(hào)和第二磁性傳感器輸出的電壓信號(hào)采樣時(shí)間進(jìn)行分時(shí)復(fù)用的多路復(fù)用器；一將處理后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成可與后續(xù)的離片系統(tǒng)數(shù)據(jù)形式兼容的接口邏輯模塊。優(yōu)選地，磁性傳感器使用的是MTJ磁性隧道結(jié)器件。優(yōu)選地，磁性傳感器包含至少一個(gè)MTJ傳感器。優(yōu)選地，磁性傳感器件、采樣模塊、數(shù)據(jù)處理模塊以及通信的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口邏輯模塊與分流電阻線圈、待測(cè)網(wǎng)絡(luò)電氣和物理隔離，隔離是通過(guò)使用的磁耦合和絕緣電介層來(lái)實(shí)現(xiàn)的。優(yōu)選地，至少一個(gè)磁性傳感器件具有偏置電壓響應(yīng)特征曲線，該曲線用以控制傳感器的響應(yīng)的幅值，并用來(lái)自動(dòng)調(diào)整電表傳感器的量程。優(yōu)選地，磁性傳感器件具有一片上電磁鐵，該電磁鐵用以線性化傳感器響應(yīng)。方案三方案三所述的獨(dú)立封裝的電表傳感器，可以用來(lái)測(cè)量連接在導(dǎo)線上的負(fù)載的能量消耗，主要由以下部分組成一串聯(lián)在電源輸入與負(fù)載之間的外部導(dǎo)線；一串聯(lián)在外部電源導(dǎo)線與外部地線或供電系統(tǒng)中性端的電壓分流線圈，該電壓分流線圈與負(fù)載并聯(lián)；安裝在電表傳感器封裝內(nèi)部的第一磁性傳感器，它與流過(guò)外部導(dǎo)線的電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)磁耦合，第一磁性傳感器檢測(cè)與外部導(dǎo)線相關(guān)聯(lián)的磁通量，并且響應(yīng)于該磁通量而產(chǎn)生一第一輸出(電流信號(hào))，該第一輸出指示所述導(dǎo)線中的電流大??；第二磁性傳感器，其緊靠與負(fù)載并聯(lián)的電壓分流線圈安置，并與流經(jīng)該電壓分流線圈的電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)磁耦合，第二磁性傳感器檢測(cè)通過(guò)電壓分流線圈的電流，并響應(yīng)該電流而輸出一電壓信號(hào)，該電壓信號(hào)代表負(fù)載兩端的電壓；內(nèi)部的一高磁導(dǎo)率的屏蔽結(jié)構(gòu)，用以將第二磁性傳感器件屏蔽于外部導(dǎo)線所產(chǎn)生的磁場(chǎng)，磁性屏蔽層離第一磁性傳感器件足夠遠(yuǎn)，而且并不會(huì)對(duì)第一傳感器件感應(yīng)外部電源導(dǎo)線的磁場(chǎng)產(chǎn)生明顯影響；—對(duì)電壓信號(hào)和電流信號(hào)進(jìn)行采樣并將它們轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式的采樣模塊；一對(duì)所采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的數(shù)據(jù)處理模塊；—用來(lái)對(duì)第一磁性傳感器輸出的電流信號(hào)和第二磁性傳感器輸出的電壓信號(hào)采樣時(shí)間進(jìn)行分時(shí)復(fù)用的多路復(fù)用器；一將處理后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成可與后續(xù)的離片系統(tǒng)數(shù)據(jù)形式相兼容的接口邏輯模塊。優(yōu)選地，第一磁場(chǎng)傳感器和第二磁場(chǎng)傳感器包含MTJ磁性隧道結(jié)器件。優(yōu)選地，第一磁性傳感器和第二磁性傳器分別包含至少一個(gè)MTJ傳感器。優(yōu)選地，第一磁性傳感器件、第二磁性傳感器件、采樣模塊、數(shù)據(jù)處理模塊以及通信的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口邏輯模塊與分流電阻線圈、待測(cè)網(wǎng)絡(luò)電氣和物理隔離，隔離是通過(guò)使用磁耦合和絕緣電介層來(lái)實(shí)現(xiàn)的。優(yōu)選地，至少一個(gè)磁性傳感器件具有偏置電壓響應(yīng)特征曲線，該曲線用以控制傳感器的響應(yīng)的幅值，并用來(lái)自動(dòng)調(diào)整電表傳感器的量程。優(yōu)選地，至少一個(gè)磁性傳感器件具有一片上電磁鐵，該電磁鐵用以線性化傳感器響應(yīng)。優(yōu)選地，內(nèi)部屏蔽用以將外部導(dǎo)線產(chǎn)生的磁通量聚集在第一磁性傳感器占據(jù)的區(qū)域。優(yōu)選地，第一磁性傳感器通過(guò)設(shè)備封裝外部的一開(kāi)槽鐵磁環(huán)與電源導(dǎo)線磁耦合。優(yōu)選地，通過(guò)將該封裝靠近電源導(dǎo)線放置，使得第一磁性傳感器與電源導(dǎo)線磁耦
I=I O方案四方案四所述的獨(dú)立封裝的電表傳感器，其用以測(cè)量連接在導(dǎo)線上的負(fù)載的能量消耗，主要由以下部分組成一串聯(lián)在電源輸入與負(fù)載之間的外部導(dǎo)線；安置在電表傳感器封裝內(nèi)部的第一磁性傳感器，以使得它能夠與流過(guò)外部導(dǎo)線的電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)磁耦合；第一磁性傳感器檢測(cè)該外部導(dǎo)線的磁通量，并且響應(yīng)于所述磁通量產(chǎn)生一第一輸出(電流信號(hào))，該第一輸出指示所述外部導(dǎo)線中的電流大?。灰挥脕?lái)對(duì)電壓檢測(cè)電路和電源輸入導(dǎo)線隔離的外接電容，該外接電容可以用一 RC 網(wǎng)絡(luò)替代，以調(diào)整它的帶寬；一連接到放大器或緩沖器兩個(gè)輸入端的電阻，該電阻與外接的電容結(jié)合使用形成一分壓網(wǎng)絡(luò)，該分壓網(wǎng)絡(luò)用以測(cè)量負(fù)載兩端的電壓；一對(duì)電壓信號(hào)和電流信號(hào)進(jìn)行采樣并將它們轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式的采樣模塊；一對(duì)所采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的數(shù)據(jù)處理模塊；—用來(lái)對(duì)第一磁性傳感器輸出的電流信號(hào)和第二磁性傳感器輸出的電壓信號(hào)采樣時(shí)間進(jìn)行分時(shí)復(fù)用的多路復(fù)用器；一將處理后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成可與后續(xù)的離片系統(tǒng)數(shù)據(jù)形式相兼容的接口邏輯模塊。優(yōu)選地，磁性傳感器包含MTJ磁性隧道結(jié)器件。優(yōu)選地，磁性傳感器由至少一 MTJ傳感器構(gòu)成。優(yōu)選地，磁性傳感器件、采樣模塊、數(shù)據(jù)處理模塊以及通信的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口邏輯模塊與分流電阻線圈、待測(cè)網(wǎng)絡(luò)電氣和物理隔離，隔離是通過(guò)使用磁耦合和絕緣電介層來(lái)實(shí)現(xiàn)的。優(yōu)選地，至少一個(gè)磁性傳感器件具有一偏置電壓響應(yīng)特征曲線，該曲線用以控制傳感器的響應(yīng)的幅值，并用來(lái)自動(dòng)調(diào)整電表傳感器的量程。優(yōu)選地，至少一個(gè)磁性傳感器件具有一片上電磁鐵，該電磁鐵用以線性化傳感器響應(yīng)。優(yōu)選地，內(nèi)部屏蔽用以將外部導(dǎo)線產(chǎn)生的磁通量聚集在第一磁性傳感器占據(jù)的區(qū)域。優(yōu)選地，第一磁性傳感器通過(guò)電表傳感器封裝外部的一開(kāi)槽鐵磁環(huán)與電源導(dǎo)線磁華禹合。[0073]優(yōu)選地，在對(duì)電表傳感器安裝時(shí)，要盡可能的靠近電源導(dǎo)線，以使磁性傳感器與電源導(dǎo)線所產(chǎn)生磁場(chǎng)的磁耦合。本實(shí)用新型還提供一種具有一數(shù)字輸出的獨(dú)立封裝的隔離式電表傳感器，其可與其他類似傳感器相組合以形成一電表，用于測(cè)量共用三線單相和商用多相供電系統(tǒng)的能量消耗。有益效果本實(shí)用新型主要通過(guò)磁場(chǎng)或磁場(chǎng)與電場(chǎng)的組合來(lái)感應(yīng)負(fù)載電流和負(fù)載兩端的電壓。由于磁場(chǎng)和電場(chǎng)的檢測(cè)都是與負(fù)載工作的電路電氣隔離，因而在集成電路與供電線路之間不存在直接的連接。因此，關(guān)鍵的電子元件與供電線路之間相隔離，這極大的增強(qiáng)了測(cè)量系統(tǒng)對(duì)供電電壓不穩(wěn)定時(shí)出現(xiàn)的瞬變的耐受能力，因而工作更加穩(wěn)定可靠。本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方案是采用由MTJ傳感器組成的TMR傳感器來(lái)測(cè)量負(fù)載電流和負(fù)載兩端的電壓。其中采用MTJ傳感器來(lái)檢測(cè)電流，而電容電橋或額外MTJ傳感器與和負(fù)載并聯(lián)的分流電阻線圈組合用于測(cè)量負(fù)載兩端的電壓。MTJ傳感器具有比巨磁電阻 (GMR)和各向異性磁電阻(AMR)傳感器大得多的靈敏度和信號(hào)幅值，并具有相似的分辨力。 這通過(guò)降低需要接口專用集成電路(ASIC)中的微控制器的前端電子元件的成本而簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)，微控制器用以計(jì)算和報(bào)告電能消耗。。本實(shí)用新型除了能提供電能消耗的電表參數(shù)以外，還具有計(jì)算輸出功率和其它對(duì)后續(xù)應(yīng)用有用的電路參數(shù)的能力。此外，本實(shí)用新型所述的電表傳感器在與電力線電氣隔離的情況下，具有將所計(jì)算的參數(shù)與數(shù)字通信系統(tǒng)進(jìn)行通信的能力。由于它不再需要像傳統(tǒng)的電表一樣對(duì)模擬輸出進(jìn)行電氣隔離和模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)，這使得電表和整個(gè)能量計(jì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)變得更為簡(jiǎn)單。從以上實(shí)用新型內(nèi)容，結(jié)合隧道磁電阻器件(TMR)本身的特點(diǎn)，可以看出本實(shí)用新型所提供的電表傳感器方案和電表傳感器網(wǎng)絡(luò)具有整體成本更低、工作穩(wěn)定性高、測(cè)量系統(tǒng)與待測(cè)的供電網(wǎng)絡(luò)電氣隔離的特點(diǎn)。并且，采用TMR器件后，系統(tǒng)的靈敏度高，分辨率高，前端電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，并可以提供與后端的電能測(cè)量系統(tǒng)匹配的數(shù)據(jù)形式，便于與后續(xù)應(yīng)用系統(tǒng)或電路接口。

圖1是采用一對(duì)MTJ磁性傳感器件分別測(cè)量負(fù)載的電流和負(fù)載兩端電壓的完全集成式電表傳感器的示意圖。圖2是可用于控制輸出信號(hào)幅值的傳感器偏置電壓響應(yīng)曲線圖。圖3是采用片上電磁鐵控制輸出信號(hào)幅值的MTJ設(shè)備示意圖。圖4是采用MTJ傳感器件測(cè)量負(fù)載電流、采用耦合電容分壓器測(cè)量負(fù)載電壓的完全集成式電表傳感器的示意圖。圖5是未采用開(kāi)槽鐵磁環(huán)的測(cè)量流過(guò)外部導(dǎo)線電流的方法的示意圖。圖6是采用MTJ傳感器件測(cè)量流過(guò)外部方形導(dǎo)線電流及磁場(chǎng)隨離開(kāi)外部方形導(dǎo)線距離而變化的理論曲線圖。圖7是采用MTJ傳感器測(cè)量流過(guò)負(fù)載的電流、采用耦合電容放大器測(cè)量負(fù)載電壓的電表傳感器的示意圖。[0087]圖8反映一種組合多個(gè)電表傳感器測(cè)量居民單相三線電或商用多相電網(wǎng)絡(luò)電能消耗的方法。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型所述電表傳感器進(jìn)行更進(jìn)一步的闡述實(shí)施例一見(jiàn)圖1所示的獨(dú)立封裝的電表傳感器18，其中，直流或交流電源輸入1，電表傳感器18，以及負(fù)載2串聯(lián)。電表傳感器18安置在電源1與負(fù)載2之間，用于測(cè)量負(fù)載的能量消耗。一 MTJ傳感器12緊鄰與負(fù)載2串聯(lián)的內(nèi)部導(dǎo)線3放置，用來(lái)測(cè)量流過(guò)導(dǎo)線3和負(fù)載 2的電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)。MTJ傳感器12與導(dǎo)線3產(chǎn)生的磁場(chǎng)磁耦合。這樣，通過(guò)測(cè)量流經(jīng)導(dǎo)線3的電流，可以計(jì)算負(fù)載2的能量消耗。MTJ傳感器12對(duì)流經(jīng)導(dǎo)線3的電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)敏感。一旦感應(yīng)到流過(guò)導(dǎo)線3的電流，MTJ傳感器12就輸出一個(gè)與電流大小成正比的電壓，即負(fù)載的電流信號(hào)。MTJ傳感器12的輸出電壓經(jīng)多路復(fù)用器13輸入到ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器14，經(jīng)轉(zhuǎn)換后以數(shù)字化的數(shù)據(jù)輸入到微處理器15，用于計(jì)算負(fù)載瞬時(shí)功率和能量消耗等電路參數(shù)。另一個(gè)輸入到微處理器15的是由MTJ傳感器11所提供的負(fù)載2兩端的電壓信號(hào) V.負(fù)載2兩端的電壓信號(hào)是通過(guò)測(cè)量流過(guò)與之并聯(lián)的電壓分流線圈4的電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)得到。負(fù)載2兩端的電壓除以分流線圈4的阻抗，所得到的就是通過(guò)分流線圈4的電流。 因此電壓分流線圈4所產(chǎn)生的磁場(chǎng)的磁通量正比于負(fù)載2兩端的電壓。因此MTJ傳感器11 與分流線圈4的磁場(chǎng)磁耦合，并輸出一個(gè)正比于負(fù)載2兩端電壓的電壓信號(hào)V。MTJ傳感器11和MTJ傳感器12產(chǎn)生的分別代表負(fù)載2消耗的電流I和電壓V的信號(hào)，可以有很多種方式輸入到微處理器15。通常，在輸入到微處理器15之前，首先要對(duì) MTJ傳感器11和MTJ傳感器12給出的負(fù)載2的電壓V與電流信號(hào)I進(jìn)行取樣和通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)14進(jìn)行轉(zhuǎn)換。在成本最低的電表傳感器18的實(shí)施方案中，只采用一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器14，而MTJ傳感器11和MTJ傳感器12的輸出信號(hào)通過(guò)一個(gè)多路復(fù)用器13進(jìn)行分時(shí)復(fù)用后由同一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器14進(jìn)行轉(zhuǎn)換。根據(jù)采樣定律，模數(shù)轉(zhuǎn)換器14對(duì)MTJ傳感器11和MTJ傳感器12所輸出的負(fù)載2 的電流和電壓信號(hào)的采樣頻率至少要高于電源1的頻率的兩倍。一般來(lái)講，如圖1中所示， 模數(shù)轉(zhuǎn)換器14對(duì)MTJ傳感器11和MTJ傳感器12的采樣頻率應(yīng)該高于4倍的電源輸入1 的基本頻率。在實(shí)際工作中，在沒(méi)有同步采樣時(shí)鐘對(duì)MTJ傳感器11和MTJ傳感器12所輸出的負(fù)載2的電壓和電流信號(hào)進(jìn)行采樣的時(shí)序控制的情況下，模數(shù)轉(zhuǎn)換器14對(duì)MTJ傳感器 11和MTJ傳感器12的采樣頻率僅僅是電源1的頻率的4倍是不夠的。在沒(méi)有同步時(shí)鐘的情況下，一個(gè)比較可靠的近似最低頻率應(yīng)是電源1頻率的16倍。因此，在采用絕對(duì)最小頻率的情況下，如圖18中配置多路復(fù)用器13的模數(shù)轉(zhuǎn)換器14，它的采樣頻率必須要達(dá)到電源1的頻率的32倍。對(duì)于一個(gè)高精度的電表傳感器，為了達(dá)到相應(yīng)的國(guó)家計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，所采用的模數(shù)轉(zhuǎn)換器14的最低工作頻率是1920Hz。為了適應(yīng)對(duì)千瓦-時(shí)電表應(yīng)用，電表傳感器18應(yīng)該具有計(jì)算多種電路參數(shù)的能力，包括但不限于方均根(RMS，Root Mean Square)電壓、方均根電流、實(shí)時(shí)功率、無(wú)功功率、 視在功率、功率系數(shù)、諧波失真、負(fù)載阻抗和容差，以及直流電路中的直流電壓和直流電流等。這些量都可以很容易的從MTJ傳感器11和MTJ傳感器12所提供的電壓和電流信號(hào)中計(jì)算出來(lái)。對(duì)于通過(guò)微處理器15進(jìn)行所需參數(shù)的精確計(jì)算和測(cè)量，取決于是否能夠?qū)TJ傳感器11和MTJ傳感器12的信號(hào)波形進(jìn)行合適的縮放?？s放因子根據(jù)信號(hào)波形和傳感器的工作特性確定。為了使電表傳感器18的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化，同時(shí)提高其精度，可以對(duì)MTJ傳感器11和MTJ 傳感器12的輸出進(jìn)行調(diào)整，使輸出與模數(shù)轉(zhuǎn)換器14的最佳輸入范圍相符。有兩種控制MTJ 傳感器響應(yīng)的方法可被應(yīng)用，一種是如圖2所示的，控制MTJ傳感器的偏置電壓；另一種是如圖3所示，利用閉環(huán)工作的MTJ對(duì)導(dǎo)線3和分流線圈4的磁場(chǎng)進(jìn)行補(bǔ)償。圖2展示了一種作為施加至MTJ傳感器的偏壓的函數(shù)的示例性靈敏度響應(yīng)曲線。 MTJ傳感器在低偏置電壓區(qū)，在固定的磁場(chǎng)值下輸出電壓線性正比于偏置電壓。隨著偏置電壓的升高，響應(yīng)曲線開(kāi)始變得非線性。本實(shí)用新型中，在該設(shè)備能夠計(jì)算出非線性校準(zhǔn)系數(shù)已知的情況下，線性區(qū)和非線性區(qū)都是有效的。在響應(yīng)曲線已知的情況下，為了最大化MTJ 傳感器的模數(shù)轉(zhuǎn)換器14的信噪比，可改變MTJ傳感器的的偏壓?？梢允褂梦⑻幚砥?5來(lái)計(jì)算MTJ傳感器的最佳偏置電壓，然后這個(gè)電壓可通過(guò)導(dǎo)線50和導(dǎo)線51反饋到MTJ傳感器12和MTJ傳感器11。微處理器15隨后可以按以下方式來(lái)縮放MTJ傳感器的信號(hào)波形V = VmtjX α X βI = VMTJXaXb其中VM 是MTJ傳感器的輸出電壓，α是磁場(chǎng)-電壓輸出常數(shù)、β是偏置電壓常數(shù)，a是磁場(chǎng)-電流常數(shù)，b是偏置電流常數(shù)。圖3展示了一種用于線性化磁場(chǎng)傳感器的輸出的示例性方法，其中向MTJ傳感器提供一個(gè)與所測(cè)量磁場(chǎng)方向相反的磁場(chǎng)，通常將其稱為閉環(huán)工作。在這種閉環(huán)方法中，集成電路芯片上的片上電磁鐵81提供一個(gè)與所要測(cè)量的待測(cè)磁場(chǎng)(Hmeasmed) 84方向相反的反饋磁場(chǎng)(Hfeedbaek)85。在閉環(huán)模式下，通過(guò)改變電磁鐵81的電流而使MTJ傳感器的輸出80保持不變。由于穿過(guò)電磁鐵81的電流86正比于補(bǔ)償磁場(chǎng)，而補(bǔ)償磁場(chǎng)等于待測(cè)磁場(chǎng)84，因此，通過(guò)電磁鐵81的電流86直接正比于待測(cè)磁場(chǎng)84。因此，在這種方法中，負(fù)載2的電流和輸出電壓可以經(jīng)下式算出V =IpeedbackX α HIX β VHI = IpeedbackX α HI X Ych其中V和I分別是負(fù)載2的電壓和電流，Ifeedbadt是反饋電流，αΗΙ是測(cè)量磁場(chǎng) (Hmeasured)-反饋電流(IFeedback)系數(shù)，β VH是輸出電壓(V)“測(cè)量磁場(chǎng) (HmeasurecJ )系數(shù)，γ CH 是電流(I)-測(cè)量磁場(chǎng)(Hffleasured)系數(shù)。當(dāng)MTJ傳感器用于電壓和電流傳感器時(shí)，微處理器15可以很容易的設(shè)計(jì)成提供合適的校準(zhǔn)參數(shù)，同時(shí)控制偏置電壓或反饋電流以使MTJ傳感器的輸出在模數(shù)轉(zhuǎn)換器14的最佳響應(yīng)區(qū)間范圍內(nèi)，而不用采用增益可變的前置放大器。電表傳感器18旨在提供一個(gè)數(shù)字信號(hào)以將所測(cè)參數(shù)與外部系統(tǒng)通訊，這個(gè)外部系統(tǒng)可以包含一數(shù)據(jù)記錄器、一微處理器，或是其它用于電能計(jì)量的系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)以上功能，微處理器15的處理后的輸出的參數(shù)必須轉(zhuǎn)換成一種可與離片電子元件兼容的格式。因此該電表傳感器包括一接口邏輯16，其將所要輸出的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成多種可能形式中的一種，包括但不限于以下標(biāo)準(zhǔn)形式USB、RS-232、I2C或SPI。實(shí)施例二 實(shí)施例二與實(shí)施例一所述的電表傳感器基本相同，區(qū)別在于實(shí)施例一采用電壓分流線圈測(cè)量負(fù)載電壓，而實(shí)施例二采用電阻和耦合電容分壓器來(lái)測(cè)量負(fù)載電壓。實(shí)施例二中的獨(dú)立封裝的電表傳感器可參照?qǐng)D4中的標(biāo)號(hào)18所示。它采用電阻-耦合電容分壓器40和緩沖放大器41來(lái)實(shí)現(xiàn)負(fù)載2電壓的測(cè)量。這種設(shè)計(jì)可以降低電表傳感器18的制造成本，同時(shí)允許在使用時(shí)由用戶選擇合適的外部電容40對(duì)電壓波形進(jìn)行濾波，從而消除供電線路中的干擾信號(hào)和噪聲。圖4中的這種布置最適合于交流能耗測(cè)量，因?yàn)樵诮涣髑闆r下，可以對(duì)帶寬以外的電壓信號(hào)進(jìn)行濾除。在這種布置當(dāng)中，耦合電容分壓器40在電表傳感器18的外部。這樣就可以通過(guò)選擇不同的電容來(lái)設(shè)置電壓波形的截止頻率。另外，一個(gè)電容-阻抗(RC)網(wǎng)絡(luò)可以用來(lái)限制連接到微處理器 15的電壓波形中的上限頻率和下限頻率，從而可以代替需要外接的電容40。實(shí)施例三如圖5、圖6所示，由于負(fù)載電流對(duì)導(dǎo)線最小幾何尺寸的限制，將供電導(dǎo)線3置于電表傳感器18封裝內(nèi)部通常是不現(xiàn)實(shí)的。在這種情況下，通常將電表傳感器18安置在距離外部導(dǎo)線5最近的位置上。電表傳感器18的第一磁性傳感器17可與外部導(dǎo)線5產(chǎn)生的磁場(chǎng)磁耦合。磁耦合可以通過(guò)將外部導(dǎo)線穿過(guò)一個(gè)開(kāi)口鐵磁環(huán)20，并將電表傳感器置于開(kāi)口鐵磁環(huán)20的開(kāi)口槽中來(lái)達(dá)成。選擇性地，可以將電表傳感器緊靠于載流匯流排的一側(cè)面放置。此布置示意性地圖示于圖6中。此處，電表傳感器18放置在絕緣層105的正上方。絕緣層105可以將電表傳感器18和電源導(dǎo)線5隔離開(kāi)來(lái)。流過(guò)外部導(dǎo)線5的電流102隨后產(chǎn)生一磁場(chǎng)103，磁場(chǎng)103由電表傳感器18中的MTJ傳感器12來(lái)檢測(cè)。將電表傳感器置于一個(gè)方形導(dǎo)線正上方的磁場(chǎng)分布的標(biāo)準(zhǔn)方程如下式所示
權(quán)利要求1.一種獨(dú)立封裝的電表傳感器(18)，其用以測(cè)量連接在導(dǎo)線C3)上的負(fù)載( 的能量消耗，其特征在于包括一內(nèi)部導(dǎo)線(3)，其串聯(lián)在電源(1)與負(fù)載⑵之間；一內(nèi)部電阻性電壓分流線圈G)，其串聯(lián)在內(nèi)部電源導(dǎo)線(3)和外部地線或中性接頭之間；第一磁性傳感器(12)，其緊鄰內(nèi)部導(dǎo)線(3)設(shè)置并與流過(guò)該導(dǎo)線的電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)磁耦合，第一磁性傳感器測(cè)量環(huán)繞著該導(dǎo)線的磁通量，并且產(chǎn)生響應(yīng)于該磁通量的一第一輸出，該第一輸出指示導(dǎo)線中的電流量(I)；第二磁性傳感器(11)，其緊靠與負(fù)載(2)并聯(lián)的電壓分流線圈(4)設(shè)置，并與流經(jīng)該電壓分流線圈電流的磁場(chǎng)磁耦合，第二磁性傳感器(11)檢測(cè)通過(guò)電壓分流線圈的電流，并提供響應(yīng)于該電流的一第二輸出，該第二輸出指示負(fù)載( 兩端的電壓(V)；一采樣模塊(14)，用于對(duì)電壓信號(hào)(V)和電流信號(hào)(I)進(jìn)行采樣并將它們轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式；一數(shù)據(jù)處理模塊(15)，其對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；一用來(lái)對(duì)第一磁性傳感器(1 輸出的電流信號(hào)(I)和第二磁性傳感器(11)輸出的電壓信號(hào)(V)采樣時(shí)間進(jìn)行分時(shí)復(fù)用的多路復(fù)用器(13)；一將處理后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成可與后續(xù)的離片系統(tǒng)數(shù)據(jù)形式相兼容的接口邏輯模塊(16)。
2.如權(quán)利要求1所述的電表傳感器(18)，其特征是第一磁場(chǎng)傳感器(1 和第二磁場(chǎng)傳感器(11)包含磁性隧道結(jié)傳感器。
3.如權(quán)利要求1所述的電表傳感器(18)，其特征是第一磁性傳感器(1 、第二磁性傳感器(11)、采樣模塊(14)、數(shù)據(jù)處理模塊(1 以及通信的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口邏輯模塊(16) 與分流電阻線圈(4)、待測(cè)網(wǎng)絡(luò)電氣和物理隔離，隔離是通過(guò)使用磁耦合和絕緣電介層來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
4.如權(quán)利要求1所述的電表傳感器(18)，其特征是第一磁性傳感器(1 和第二磁性傳器(11)分別包含至少一個(gè)MTJ傳感器。
5.如權(quán)利要求4所述的電表傳感器(18)，其特征是至少有一個(gè)磁性傳感器(11、12) 具有一偏置電壓響應(yīng)特征曲線，該曲線被用來(lái)控制傳感器響應(yīng)的幅值，并用來(lái)自動(dòng)調(diào)整電表傳感器的量程。
6.如權(quán)利要求4所述的電表傳感器(18)，其特征是至少有一個(gè)磁性傳感器具有一個(gè)片上電磁鐵，用來(lái)線性化傳感器響應(yīng)。
7.—種獨(dú)立封裝的電表傳感器(18)，用來(lái)測(cè)量連接在導(dǎo)線C3)上的負(fù)載( 的能量消耗，其特征在于包括一內(nèi)部導(dǎo)線(3)，其串聯(lián)在電源輸入(1)與負(fù)載(2)之間；一用來(lái)對(duì)電壓檢測(cè)電路和電源輸入導(dǎo)線相隔離的外接電容GO)，該外接電容可以用一 RC網(wǎng)絡(luò)替代，以調(diào)整線路帶寬；一磁性傳感器(12)，其緊鄰內(nèi)部導(dǎo)線設(shè)置并與流過(guò)該導(dǎo)線的電流關(guān)聯(lián)的磁場(chǎng)磁耦合； 該磁性傳感器檢測(cè)環(huán)繞著內(nèi)部導(dǎo)線(3)的磁通量，并產(chǎn)生響應(yīng)于該磁通量的一第一輸出， 該第一輸出指示內(nèi)部導(dǎo)線(3)中的電流大??；一連接到放大器或是緩沖器兩個(gè)輸入端的電阻(21)，該電阻與外接的電容00)結(jié)合使用而構(gòu)成一分壓網(wǎng)絡(luò)，該分壓網(wǎng)絡(luò)用來(lái)測(cè)量負(fù)載兩端的電；一對(duì)電壓信號(hào)(V)和電流信號(hào)⑴進(jìn)行采樣并轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式的采樣模塊(14)； 一對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的數(shù)據(jù)處理模塊(15)；一對(duì)磁性傳感器輸出的電流信號(hào)(I)和由內(nèi)部電阻和外接電容GO)構(gòu)成的分壓網(wǎng)絡(luò)輸出的電壓信號(hào)(V)采樣時(shí)間進(jìn)行分時(shí)復(fù)用的多路復(fù)用器(13)；一將處理后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成可與后續(xù)的離片系統(tǒng)數(shù)據(jù)形式相兼容的接口邏輯模塊(16)。
8.如權(quán)利要求7所述的電表傳感器(18)，其特征是磁性傳感器(12)包括至少一個(gè)磁性隧道結(jié)(MTJ)器件。
9.如權(quán)利要求7所述的電表傳感器(18)，其特征是磁性傳感器(1 、采樣模塊(14)、 數(shù)據(jù)處理模塊(1 以及通信的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口邏輯模塊(16)與電源導(dǎo)線(1)電氣和物理隔離，電氣隔離通過(guò)使用磁耦合、絕緣層和外部的電容實(shí)現(xiàn)。
10.如權(quán)利要求9所述的電表傳感器(18)，其特征是磁性傳感器(1 具有一偏置電壓響應(yīng)特征曲線，用來(lái)控制傳感器的響應(yīng)的幅值，并用來(lái)自動(dòng)調(diào)整電表傳感器的量程。
11.如權(quán)利要求9所述的電表傳感器(18)，其特征是磁性傳感器(1 具有一片上電磁鐵，用來(lái)線性化傳感器響應(yīng)。
12.—種獨(dú)立封裝的電表傳感器(18)，用來(lái)測(cè)量連接在導(dǎo)線( 上的負(fù)載O)的能量消耗，其特征在于包括一外部導(dǎo)線(5)，其串聯(lián)在電源導(dǎo)線(1)與負(fù)載(2)之間；；一內(nèi)部阻性電壓分流線圈G)，其串聯(lián)在內(nèi)部電源導(dǎo)線(1)和外部地線或供電系統(tǒng)的中性端之間，該電壓分流線圈⑷與負(fù)載⑵并聯(lián)；一第一磁性傳感器(17)，其安裝在電表傳感器(18)封裝內(nèi)部，使得它能與流過(guò)外部導(dǎo)線( 的電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)磁耦合；第一磁性傳感器(17)檢測(cè)與該外部導(dǎo)線關(guān)聯(lián)的磁通量，并且響應(yīng)于該磁通量產(chǎn)生一第一輸出，該第一輸出指示所述外部導(dǎo)線中的電流信號(hào) ⑴；一第二磁性傳感器(11)，其緊靠與負(fù)載(2)并聯(lián)的電壓分流線圈(4)設(shè)置，并與流經(jīng)該電壓分流線圈(4)的電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)磁耦合，第二磁性傳感器(11)檢測(cè)通過(guò)電壓分流線圈的電流，并響應(yīng)該電流而輸出一個(gè)電壓信號(hào)(V)，該電壓信號(hào)指示負(fù)載兩端的電壓；一內(nèi)部的高磁導(dǎo)率屏蔽結(jié)構(gòu)(30)，其用來(lái)將第二磁性傳感器件(11)屏蔽于外部導(dǎo)線 (5)所產(chǎn)生的磁場(chǎng)，該屏蔽結(jié)構(gòu)離第一磁性傳感器(17)足夠遠(yuǎn)，而且并不會(huì)對(duì)第一磁性傳感器(17)感應(yīng)外部電源導(dǎo)線(5)的磁場(chǎng)產(chǎn)生明顯影響；一采樣模塊(14)，其對(duì)電壓信號(hào)(V)和電流信號(hào)(I)進(jìn)行采樣并將它們轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式；一對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的數(shù)據(jù)處理模塊(15)；一用來(lái)對(duì)第一磁性傳感器(17)輸出的電流信號(hào)(I)和第二磁性傳感器輸出的電壓信號(hào)(V)采樣時(shí)間進(jìn)行分時(shí)復(fù)用的多路復(fù)用器(13)；一將處理后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成可與后續(xù)的離片系統(tǒng)數(shù)據(jù)形式相兼容的接口邏輯模塊(16)。
13.如權(quán)利要求12所述的電表傳感器(18)，其特征是第一磁性傳感器(17)和第二磁性傳感器(11)包含MTJ磁性隧道結(jié)器件。
14.如權(quán)利要求12所述的電表傳感器(18)，其特征是第一磁性傳感器(12)、第二磁性傳感器(11)、采樣模塊(14)、數(shù)據(jù)處理模塊(1 和通信的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口邏輯模塊(16) 與電壓分流線圈G)、電源線電氣和物理隔離，隔離是通過(guò)使用絕緣電介層實(shí)現(xiàn)的。
15.如權(quán)利要求12所述的電表傳感器(18)，其特征是第一磁性傳感器(17)和第二磁性傳感器(11)各包含至少一個(gè)MTJ傳感器。
16.如權(quán)利要求15所述的電表傳感器(18)，其特征是至少一個(gè)磁性傳感器件具有一偏置電壓響應(yīng)特征曲線，該曲線被用來(lái)控制傳感器的響應(yīng)的幅值。
17.如權(quán)利要求15所述的電表傳感器(18)，其特征是至少一個(gè)磁性傳感器件具有一片上電磁鐵，該電磁鐵用來(lái)線性化傳感器響應(yīng)，并用來(lái)自動(dòng)調(diào)整電表傳感器的量程。
18.如權(quán)利要求15所述的電表傳感器(18)，其特征是內(nèi)部的屏蔽結(jié)構(gòu)(30)用來(lái)對(duì)流過(guò)電源導(dǎo)線的電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)進(jìn)行聚磁，使磁場(chǎng)的大小達(dá)到與第二磁性傳感器的最佳磁場(chǎng)范圍耦合。
19.如權(quán)利要求12所述的電表傳感器，其特征是第一磁性傳感器通過(guò)設(shè)備封裝外部的一開(kāi)槽鐵磁環(huán)00)與電源導(dǎo)線(5)磁耦合。
20.如權(quán)利要求12所述的電表傳感器(18)，其特征是通過(guò)將所述電表傳感器(18)安裝時(shí)盡可能的靠近一電源導(dǎo)線(5)，使第一磁性傳感器(17)與電源導(dǎo)線( 所產(chǎn)生的磁場(chǎng)磁耦合。
21.—種獨(dú)立封裝的電表傳感器(18)，其用于測(cè)量連接在一外部導(dǎo)線( 上的負(fù)載(2) 的能量消耗，其特征在于包含一串聯(lián)在電源輸入⑴與負(fù)載⑵之間的外部導(dǎo)線；一第一磁性傳感器(17)，其設(shè)置在電表傳感器(18)封裝內(nèi)部，以使得它能夠與流過(guò)外部導(dǎo)線(5)的電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)磁耦合，所述第一磁性傳感器(17)檢測(cè)該外部導(dǎo)線的磁通量，并且響應(yīng)于該磁通量產(chǎn)生一第一輸出，該第一輸出指示所述外部導(dǎo)線中的電流信號(hào) ⑴；一用來(lái)對(duì)電壓檢測(cè)電路和電源輸入導(dǎo)線相隔離的外接電容(40)，該外接電容可以用一 RC網(wǎng)絡(luò)替代，以調(diào)整線路帶寬；一內(nèi)部電阻(21)，其連接到放大器或緩沖器Gl)兩個(gè)輸入端，該內(nèi)部電阻與外接電容GO)結(jié)合使用構(gòu)成一分壓網(wǎng)絡(luò)，用來(lái)測(cè)量負(fù)載(2)兩端的電壓；一對(duì)電壓信號(hào)(V)和電流信號(hào)(I)進(jìn)行采樣并將它們轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式的采樣模塊 (14)；一對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的數(shù)據(jù)處理模塊(15)；一用來(lái)對(duì)第一磁性傳感器(17)輸出的電流信號(hào)⑴和內(nèi)部電阻與外接電容GO) 結(jié)合使用構(gòu)成一分壓網(wǎng)絡(luò)輸出的電壓信號(hào)(V)采樣時(shí)間進(jìn)行分時(shí)復(fù)用的多路復(fù)用器(13)；一將處理后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成可與后續(xù)的離片系統(tǒng)數(shù)據(jù)形式相兼容的接口邏輯模塊(16)。
22.如權(quán)利要求21所述的電表傳感器(18)，其特征是磁性傳感器(17)包含至少一個(gè) MTJ傳感器。
23.如權(quán)利要求21所述的電表傳感器(18)，其特征是磁性傳感器(17)、采樣模塊 (14)、數(shù)據(jù)處理模塊(1 以及通信的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口邏輯模塊(16)與分壓網(wǎng)絡(luò)、待測(cè)網(wǎng)絡(luò)電氣和物理隔離，隔離通過(guò)使用一外部電容和絕緣電來(lái)實(shí)現(xiàn)。
24.如權(quán)利要求23所述的電表傳感器(18)，其特征是磁性傳感器件具有一偏置電壓響應(yīng)特征曲線，該曲線被用來(lái)控制傳感器的響應(yīng)的幅值。
25.如權(quán)利要求23所述的電表傳感器(18)，其特征是磁性傳感器具有一個(gè)片上電磁鐵，該電磁鐵用以線性化傳感器響應(yīng)。
26.如權(quán)利要求21所述的電表傳感器(18)，其特征是磁性傳感器(17)通過(guò)設(shè)備封裝外部的一開(kāi)槽鐵磁環(huán)00)與電源導(dǎo)線(5)的磁場(chǎng)磁耦合。
27.如權(quán)利要求21所述的電表傳感器(18)，其特征是將電表傳感器安裝時(shí)盡可能的靠近外部電源導(dǎo)線(5)，使磁性傳感器(17)與外部電源導(dǎo)線( 所產(chǎn)生磁場(chǎng)磁耦合。
28.一種具有一數(shù)字輸出的獨(dú)立封裝的隔離式電表，其特征在于其采用一或多種如前述權(quán)利要求之任一項(xiàng)所述的電表傳感器相組合而形成，用于測(cè)量共用三線單相和商用多相供電系統(tǒng)的電量消耗。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了用于測(cè)量連接在導(dǎo)線上的負(fù)載的能量消耗的獨(dú)立封裝的電表傳感器，包括串聯(lián)在電源與負(fù)載之間的導(dǎo)線；產(chǎn)生指示導(dǎo)線中電流信號(hào)的一第一輸出的第一磁性傳感器；提供指示負(fù)載兩端電壓的一第二輸出的第二磁性傳感器或相結(jié)合使用構(gòu)成測(cè)量負(fù)載兩端電壓的內(nèi)部電阻和外接電容；用于對(duì)電壓、電流信號(hào)進(jìn)行采樣的一采樣模塊；對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的一數(shù)據(jù)處理模塊；以及多路復(fù)用器和接口邏輯模塊。該電表傳感器通過(guò)單獨(dú)使用磁性傳感器或使用磁性傳感器與電容的組合，實(shí)現(xiàn)了在傳感器與供電導(dǎo)線電氣隔離情況下的負(fù)載電能消耗的測(cè)量。本實(shí)用新型還提供了一種由一或多種上述電表傳感器相組合而形成的電表，用于測(cè)量供電系統(tǒng)的能量消耗。
文檔編號(hào)G01R19/25GK202189092SQ20112017219
公開(kāi)日2012年4月11日 申請(qǐng)日期2011年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月26日
發(fā)明者沈衛(wèi)鋒, 王建國(guó), 薛松生, 詹姆斯·G·迪克, 金英西 申請(qǐng)人:江蘇多維科技有限公司