一种双线霍尔电流传感器的制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种双线霍尔电流传感器，传感器包括：磁芯，磁芯为开路磁芯或闭合磁芯；双线电缆，双线电缆平行于磁芯中心轴设置，使得所述双线电缆产生的磁感线聚集在磁芯内；霍尔元件，霍尔元件垂直于磁芯的横截面设置，用于采集双线电缆的电流信号，并将电流信号发送至电流检测电路；采能线圈，采能线圈设置于所述磁芯表面，用于储存双线电缆的磁场能量；电流检测电路，电流检测电路接收电流信号，用于将电流信号转换为数字信号以电磁波的形式进行无线传输。通过在双线电缆外部设置磁芯，改变双线电缆周围电磁场的分布，通过霍尔元件检测双线电缆的电流。且通过采能线圈以及电流检测电路对双线电缆的磁场能量进行采集，实现了自供电和无线传输。
【专利说明】一种双线霍尔电流传感器
【技术领域】
[0001] 本发明涉及传感器【技术领域】，更具体的说，涉及一种双线霍尔电流传感器。
【背景技术】
[0002] 传感器（英文名称：transducer/sensor)是一种检测装置，能感受到被测量的信 息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足 信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。传感器适用范围广泛，为仪器仪表、物联 网、无线传感网等领域提供一种全新的技术支持。其中，霍尔电流传感器根据霍尔效应原 理，从霍尔元件的控制电流端通入电流I。，并在霍尔元件平面的法线方向上施加磁场强度 为B的磁�。敲丛诖怪庇诘缌骱痛懦》较颍椿舳涑龆酥洌桓龅缡芕h，称其 为霍尔电势，其大小正比于控制电流I。与磁场强度B的乘积，通过测量霍尔电势的大小间 接测量载流导体电流的大小。霍尔电流传感器在载流导体周围产生正比于该电流的磁�。� 而霍尔元件则用来测量这一磁�。虼耍沟缌鞯姆墙哟ゲ饬砍晌赡�。
[0003] 目前，电子产品中通常使用平行双线电缆进行供电，然而，现有的非侵入式电流测 量时所使用的霍尔电流传感器只能测量单线电缆的电流，并不能测量双线电缆的供电电 流，因此，目前为止还没有一种用于有效测量双线电缆电流的传感器。
【发明内容】
[0004] 为解决上述技术问题，本发明提供了一种双线霍尔电流传感器，能够对双线电缆 的电流进行测量，同时实现自供电以及无线传输。
[0005] 为了实现上述目的，本发明提供了一种双线霍尔电流传感器，所述传感器包括：
[0006] 磁芯，所述磁芯为开路磁芯或闭合磁芯；
[0007] 双线电缆，所述双线电缆平行于所述磁芯中心轴设置，使得所述双线电缆产生的 磁感线聚集在所述磁芯内；
[0008] 霍尔元件，所述霍尔元件垂直于所述磁芯的横截面设置，用于采集所述双线电缆 的电流信号，并将所述电流信号发送至电流检测电路；
[0009] 采能线圈，所述采能线圈设置于所述磁芯表面，用于储存所述双线电缆的磁场能 量；
[0010] 电流检测电路，所述电流检测电路接收所述电流信号，用于将所述电流信号转换 为数字信号，并以电磁波的形式进行无线传输。
[0011] 优选的，在上述双线电流传感器中，所述霍尔元件通过发射天线将所述电流信号 发送至所述电流检测电路。
[0012] 优选的，在上述双线电流传感器中，所述电流检测电路包括：
[0013] 无线传感�？椋糜诮邮账龅缌餍藕牛⒔龅缌餍藕欧⑺椭列藕诺骼淼缏罚� 并将所述信号调理电路处理后的数字信号转换为电磁波；
[0014] 信号调理电路，所述信号调理电路与所述无线传感�？榱樱糜诮龅缌餍� 号转换为数字信号发送至无线传感�？椋�
[0015] 电源管理电路，所述电源管理电路分别与所述信号调理电路以及所述无线传感模 块连接，用于给所述信号调理电路以及无线传感模块供电。
[0016] 优选的，在上述双线电流传感器中，所述传感器还包括高磁导率薄膜，所述高磁导 率薄膜设置于所述霍尔元件表面。
[0017] 从上述技术方案可以看出，本发明提供了一种双线霍尔电流传感器，所述传感器 包括：磁芯，所述磁芯为开路磁芯或闭合磁芯；双线电缆，所述双线电缆平行于所述磁芯中 心轴设置，使得所述双线电缆产生的磁感线聚集在所述磁芯内；霍尔元件，所述霍尔元件垂 直于所述磁芯的横截面设置，用于采集所述双线电缆的电流信号，并将所述电流信号发送 至电流检测电路；采能线圈，所述采能线圈设置于所述磁芯表面，用于储存所述双线电缆的 磁场能量；电流检测电路，所述电流检测电路接收所述电流信号，用于将所述电流信号转换 为数字信号以电磁波的形式进行无线传输。通过在双线电缆外部设置磁芯，改变了双线电 缆周围电磁场的分布，通过霍尔元件检测双线电缆的电流，且通过设置采能线圈对双线电 缆的磁场能量进行采集，与电流检测电路配合为双线电流传感器供电，无需外界电源对传 感器进行供电，实现了自供电。通过设置电流检测电路以及采能线圈实现了双线电缆的电 流信号的无线传输。
【专利附图】
【附图说明】
[0018] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据 提供的附图获得其他的附图。
[0019] 图1为本发明实施例提供的一种双线霍尔电流传感器示意图。
【具体实施方式】
[0020] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。
[0021] 为了解决现有技术中霍尔电流传感器无法测量双线电缆电流的问题，本发明提供 了一种双线霍尔电流传感器，如图1所示，所述传感器包括：磁芯101，所述磁芯101为开路 磁芯或闭合磁芯；双线电缆102,所述双线电缆102平行于所述磁芯101中心轴设置，使得 所述双线电缆102产生的磁感线聚集在所述磁芯内；霍尔元件103,所述霍尔元件103垂直 于所述磁芯101的横截面设置，用于采集所述双线电缆102的电流信号，并将所述电流信号 发送至电流检测电路104 ;采能线圈105,所述采能线圈105设置于所述磁芯101表面，用于 储存所述双线电缆102的磁场能量；电流检测电路104,所述电流检测电路104接收所述电 流信号，用于将所述电流信号转换为数字信号，并以电磁波的形式进行无线传输。
[0022] 所述霍尔元件103通过发射天线106将所述电流信号发送至所述电流检测电路 104。所述电流检测电路104包括：无线传感�？�107,用于接收所述电流信号，并将所述电 流信号发送至信号调理电路108,并将所述信号调理电路108处理后的数字信号转换为电 磁波；信号调理电路108,所述信号调理电路108与所述无线传感�？�107连接，用于将所 述电流信号转换为数字信号发送至无线传感�？�107 ;电源管理电路109,所述电源管理电 路109分别与所述信号调理电路108以及所述无线传感模块107连接，用于给所述信号调 理电路108以及无线传感�？�107供电。
[0023] 所述传感器还包括高磁导率薄膜，所述高磁导率薄膜设置于所述霍尔元件表面。 高磁导率薄膜可以吸收电磁波消除腔体谐振，降低电路间相互干扰，提高系统抗电磁干扰 能力。
[0024] 本实施例中采用闭合双线霍尔电流传感器为例进行说明。霍尔元件103是一种采 用半导体材料制成的磁电转换器件。通电的双线电缆102在磁体中产生磁感线，磁感线穿 过霍尔元件103的感磁面，则在输出端有霍尔电势Vh，通过测量霍尔电势的大小间接测量双 线电缆102电流的大小。因此，双线霍尔电流传感器经过了电-磁-电的绝缘隔离转换。如 图1所示，本发明提供的一种双线电流传感器由闭合磁芯101、采能线圈105、霍尔元件103 以及电流检测电路104组成，对双线电缆102电流进行测量。其中，霍尔元件103安装在磁 芯101左臂上端，用于测量流过双线电缆102中的电流；采能线圈105缠绕在磁芯101右 臂，用于采集双线电缆102周围的磁场能量，经电源管理电路109处理后为无线�？�107、 信号调理电路108及霍尔元件103供电；电流检测电路104与霍尔元件103连接。霍尔元 件103测量了双线电缆102的电流，并将电流信号通过发射天线106发送至无线传感�？� 107,无线传感模块107将电流信号发送至信号调理电路108,信号调理电路108将电流信号 转换为数字信号再次发送至无线传感�？�107,此时，无线传感�？�107将数字信号转换为 电磁波进行无线传输。
[0025] 具体的，双线电缆102内有电流流过时，对磁芯内磁场进行分析，得到安放霍尔元 件103间隙处磁感应强度随待测双线电缆102中电流变化的变化系数I如式（1)所示，可 验证此种设计能使霍尔元件103间隙处和采能处的磁场都尽可能大，由霍尔效应原理分析 可得霍尔元件103的磁电电压转换系数之如式（2)所示，同时可得双线霍尔电流传感器输 出电压随待测电流变化的变化系数4如式（3)所示，采能线圈105的输出电压V。及功率P。 随待测电流和线圈负载变化的关系如式（4)和式（5)所示。其中，Bh为穿过霍尔元件的磁 感应强度，I为平行双线电缆中流过的电流，Xh、zh为霍尔元件内任一点的X轴和Z轴坐标， a"为对霍尔元件中各点磁场Bh数值拟合得到的系数，M为与霍尔元件尺寸及间隙大小相关 的参数，V为霍尔元件的输出电压，KH、Ih分别为霍尔元件的灵敏度和工作电流，Ac为磁芯的 横截面积，为导线中电流I的角频率，Lm为磁芯磁路中采能部分的激磁电感，N为取能线 圈的匝数，R为采能线圈负载，PpVci分别为采能线圈的输出功率和输出电压，S为磁芯中 间气隙高度。
【权利要求】
1. 一种双线霍尔电流传感器，其特征在于，所述传感器包括： 磁芯，所述磁芯为开路磁芯或闭合磁芯； 双线电缆，所述双线电缆平行于所述磁芯中心轴设置，使得所述双线电缆产生的磁感 线聚集在所述磁芯内； 霍尔元件，所述霍尔元件垂直于所述磁芯的横截面设置，用于采集所述双线电缆的电 流信号，并将所述电流信号发送至电流检测电路； 采能线圈，所述采能线圈设置于所述磁芯表面，用于储存所述双线电缆的磁场能量； 电流检测电路，所述电流检测电路接收所述电流信号，用于将所述电流信号转换为数 字信号，并以电磁波的形式进行无线传输。
2. 如权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述霍尔元件通过发射天线将所述电流 信号发送至所述电流检测电路。
3. 如权利要求2所述的传感器，其特征在于，所述电流检测电路包括： 无线传感�？椋糜诮邮账龅缌餍藕牛⒔龅缌餍藕欧⑺椭列藕诺骼淼缏罚⒔� 所述信号调理电路处理后的数字信号转换为电磁波； 信号调理电路，所述信号调理电路与所述无线传感�？榱樱糜诮龅缌餍藕抛� 换为数字信号发送至无线传感�？椋� 电源管理电路，所述电源管理电路分别与所述信号调理电路以及所述无线传感�？榱� 接，用于给所述信号调理电路以及无线传感�？楣┑�。
4. 如权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述传感器还包括高磁导率薄膜，所述高 磁导率薄膜设置于所述霍尔元件表面。
【文档编号】G01R19/25GK104391169SQ201410793845
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年12月19日 优先权日:2014年12月19日
【发明者】赵俊奎, 田波, 张宇 申请人:重庆川仪自动化股份有限公司
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