CN1274086A

CN1274086A - 巨磁电阻效应交、直流两用电流检测、控制器件

Info

Publication number: CN1274086A
Application number: CN99120644.4A
Authority: CN
Inventors: 黄润生; 章建荣; 都有为
Original assignee: Nanjing University
Current assignee: Nanjing University
Priority date: 1999-12-21
Filing date: 1999-12-21
Publication date: 2000-11-22

Abstract

一种巨磁电阻效应交、直流两用电流检测、控制器件,内部由巨磁电阻效应传感头、耦合磁路部件、放大器比较器、功率放大器组成。传感头可由巨磁电阻材料制成不平衡四臂电桥,平衡四臂电桥,电桥臂上的敏感电阻在同一块基片上制成。该器件可同时输出模拟信号、逻辑信号、驱动负载能力大。该器件还可作磁场检测、控制器件,又如磁控开关,交、直流电流继电器、变送器,缺相保护器,位置,转角,速度,转速测控器件及仪表。

Description

巨磁电阻效应交、直流两用电流检测、控制器件

本发明涉及一种交、直流两用电流检测、控制器件，尤其涉及利用巨磁电阻材料作传感头制成的电流检测、控制器件。

通常磁电阻是指由磁场引起的材料电阻率的变化，定量表示为MR＝[ρ(H)-ρ(0)]/ρ×100％，其中ρ可以是ρ(0)或ρ(H)，本专利说明书中采用ρ(H)定义。对铁磁体MR最大为3-5％且各向异性，称之为各向异性磁电阻(Anisotropymagnetoresistance，简写为AMR)。

1988年，观察到(Fe/Cr)金属多层膜的磁电阻可达200％，称之为巨磁电阻效应(Giant magnetoresistance简写为GMR)。

1992年后，发现某些非互溶合金颗粒膜中GMR低温下达60％。1996年，又发现Fe/HfO 2/Co隧道结30K时磁电阻达31％(TMR)。近年又发现掺碱土金属稀土锰氧化物的MR可达10³-10⁶％称之为庞磁电阻效应(Colossalmagnetoresistance简写为CMR)。

巨磁电阻效应因其明显的应用前景，在学术界与工业界均受到重视，已用其制成高密度磁记录读出磁头、随机存储器等，但巨磁电阻效应在强电领域的成功应用国际上尚未见报导。

本发明的目的是：提供一种利用巨磁电阻效应制成的电流检测、控制器件，尤其是提供一种交、直流两用，与主电路无电接触，使用方便，检测电流范围大，工作频率范围宽，超量程不损坏的电流检测、控制器件。

本发明的目的是这样实现的：一种电流检测、控制器件，其特征是传感头由巨磁电阻材料制成不平衡四臂电桥或四引线电阻或平衡四臂电桥，加上耦合磁路部件、放大器、比较器、功率放大器制成一个器件。将该器件贴近载流导体或载流导体穿过耦合导磁环，电流产生的磁场引起四臂电桥状态或四引线电阻的变化，从而检测出电流大小或进行控制操作。电桥式传感头的敏感电阻在一块基片上制成。

本发明的特点是：提供了一种与主电路无任何电接触，检测电流范围大，工作频率范围宽，超量程永不损坏，灵敏可靠的电流检测、控制器件。该器件贴近主电路即能工作，大电流场合应用十分方便灵活，特别是对原有设备技术升级时，主电路改造工作量和费用大大减少。

本发明的器件全密封、全固态，无触点，无机械动作部件，耐冲击，抗腐蚀，抗辐射，防爆，热稳定性好，可用于多种环境恶劣的场合。

本发明的器件输出信号可同时有模拟信号，逻辑信号，控制驱动信号，输出电平易与各种自控***，计算机***匹配。与传统电流检测、控制器件相比，该器件结构坚固简单，使用方便，节约大量金属材料，成本低廉，性价比高，便于推广。对小电流(小至150mA)和大电流(数千安培)场合应用，特点尤为明显。如制成电流继电器，其动作时间远小于传统电流继电器。

本发明的器件可以派生出多种用途的器件，如三相电机缺相保护器，电流信号变送器及仪表，各种继电保护器件。

本发明的另一特点是：该电流检测、控制器件可以用作磁场检测、控制器件；可作为高速磁控开关、位置、转角、速度、转速测控器件。

以下结合附图并通过实施例对本发明作进一步说明。

图1为本发明器件传感头为巨磁电阻材料制成不平衡电桥的原理图

图2为本发明器件传感头为巨磁电阻材料制成四引线电阻的原理图

图3为本发明器件传感头为巨磁电阻材料制成平衡电桥的原理图

如图所示，本发明的器件传感头，可以选用合金膜、金属多层膜，金属颗粒膜等巨磁电阻材料，还可选用如CN96117043巨磁电阻效应材料。电桥型传感头中敏感电阻均在一块基片上制备。传感头与电子电路和耦合磁路部件集成一体。

本发明器件有带耦合导磁环和不带导磁环两种形式。不带导磁环的器件只需贴近载流导体即可工作。这种使用法在小电流或特大电流场合特别合适。尤其是对一些小电流测控，可以完全不影响主电路工作。

带有耦合导磁环的器件，载流导体只要穿过导磁环即可，导磁环有活动开口可以方便地夹在导体上，不需变动原来的载流导体。

图1是非平衡四臂电桥作传感头，其中敏感电阻用巨磁电阻材料制在一块基片上，一旦待测电流大小发生变化或待测磁场有变化，引起不平衡电桥状态变化，越过平衡点，与电桥一体的比较器翻转输出开关信号。该器件体积很小，仅小姆指甲盖大小可驱动500mA的负载。

图2是将巨磁电阻材料制成四引线电阻，器件内部提供恒流源，器件内的仪表放大器与四引线电阻电压检测端相接，待测电流发生变化或外磁场变化时，巨磁电阻材料四引线电阻阻值变化，且电流或磁场增大，电阻值变小，电压检测端输出电压差减小，经仪表放大器放大输出模拟信号，再经过比较器，功率放大器分别输出逻辑信号和控制信号。这种器件的特点是待测电流为零或外磁场为零时，仪表放大器输出幅度大，待测电流或磁场增大，仪表放大器输出幅度降低，这样可以很好利用仪表放大器的线性区，保证整个器件的线性。

图3为本发明器件传感头由巨磁电阻材料制成平衡四臂电桥，敏感电阻制在一块基片上。待测电流或磁场变化时，电桥失衡，电桥输出信号经放大后器件输出模拟信号，经比较器和功率放大器后分别输出逻辑信号与控制信号。

Claims

1.一种交、直流两用电流检测、控制器件，其特征是采用巨磁电阻材料作传感头，与放大器、比较器、输出功率放大器，结合一体制成一个器件。

2.由权利要求1所述的电流检测、控制器件，其特征是有两种类型，一种是直接贴近载流导体使用型，另一种是载流导体穿过导磁环，导磁环有缺口，缺口处放置巨磁电阻传感头；导磁环、巨磁电阻传感头、放大器、比较器、输出功率放大器结合一体，成为一个器件。

3.由权利1、2所述的电流检测、控制器件，其特征是传感头用巨磁电阻材料制成不平衡四臂电桥，电桥的两个对角电阻直接在磁电阻材料片上分割制成，不平衡电桥的输出端直接与比较器连接，制成具有输出驱动负载能力不小于500mA的器件。

4.由权利1、2所述的电流检测、控制器件，其特征是传感头为巨磁电阻材料制成的4引线电阻，四引线电阻的电压检测端接仪表放大器，加上比较器，功率放大器制成可同时输出模拟信号，逻辑信号，驱动控制信号的器件。

5.由权利要求1、2所述的电流检测、控制器件，其特征是传感头由巨磁电阻材料制成平衡四臂电桥，桥臂敏感电阻直接在一块基片上制成，电桥与放大器，比较器，功率放大结合制成同时输出模拟信号、逻辑信号和驱动控制信号的器件。

6.由权利要求1、2所述的电流检测控制器件所派生出的其它器件，如过流、欠流电流变送器、电流继电器、三相电机缺相保护器、可控硅保护器、无刷电机、磁控开关、位置、转角速度、转速测量控制器件及仪表。